储氢材料综述

1、.1 储氢材料研究概况 .2目录n储氢材料的要求n储氢材料的分类n小结 .3储氢材料的要求n单位质量、单位体积吸氢量高n不易于空气中的气体反应n用于储氢时生成热小n反复吸放氢时粉化倾向小n成本低.4储氢材料分类n物理方式储氢n化学方式储氢.5物理方式储氢活性炭、碳纳米材料等利用物理吸附储氢。n活性炭 所需温度低,研究的重点是提高储氢温度。n碳纳米材料 碳纳米材料包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等。 碳纳米纤维吸氢量可达5wt%10wt%。 碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，纯单壁碳纳米管的常温储氢容量高达5wt%10wt%。缺点是成本过高。.6化学方式储氢n金属（合金）储氢材料n络合氢化

2、物储氢材料.7金属（合金）储氢材料金属（合金）储氢材料与氢反应：M金属或者合金吸氢放热，放氢吸热由P-C-T曲线图可知，反应进行的方向取决于温度和氢压力。nMHHnM22P-C-T曲线图1.8金属（合金）储氢材料分类：nA5BnA2BnABnAB2nV和V基固溶体A元素：容易形成稳定氢化物的放热型金属B元素：难于形成氢化物的吸热型金属.9AB5型n典型代表：LaNi5室温下，与几个大气压的氢反应： LaNi5+3H2 LaNi5H6储氢量约1.4wt。优点：吸氢量大、易活化、不易中毒、平衡压力适 中、滞后小、吸放氢快等。缺点：易粉化、成本高。.10A2B型n典型代表：Mg2Ni在1.4 MPa

3、、200条件下：Mg2Ni+2H2 Mg2NiH4储氢量约3.6wt。 优点：密度小、储氢容量高、价格低廉、资源丰富。 缺点：活化困难，反应速度慢，放氢温度高。.11AB型n典型代表：TiFe室温下，平衡氢压为0.3MPa储氢量约1.86wt%。优点：储氢量大，放氢温度低,价格低廉，资源丰富。缺点：活化困难，滞后较大，易中毒，反复吸氢性能降。.12AB2型n典型代表：ZrMn2 储氢量约1.8wt%。 优点：储氢量大、易活化、反应速度快。 缺点：氢化物生成热大，吸放氢平台压力低，成本高。.13V和V基固溶体n典型代表：(V0.9Ti0.1)0.95Fe0.05储氢量约3.7wt%。优点：储氢密

4、度较大，平衡压适中，能在室温条件下大量储氢，尤其是抗粉化性能好缺点：合金熔点高、价格昂贵、制备相对比较困难、对环境不太友好、不适合大规模应用.14n改变化学计量n元素替代金属储氢材料的改良：.15络合氢化物概念：碱金属和碱土金属与氢化合形成配位氢化物。优点：质量储氢密度高缺点：(1)放氢动力学和可逆吸放氢性能差。(2)配位氢化物放氢一般多步进行，每步放氢条件不一样，因此，实际储氢量和理论值有较大差别。常见的有：铝氢化物 硼氢化物 氮氢化物.16铝氢化物典型代表：LiAlH4第三步反应温度在400以上，明显不适合车载使用。因此以前两步为主，放氢量约7.9wt%.17硼氢化物典型代表：LiBH4L

5、iBH4 LiH+B+3/2H2 （600K）H=69kJ/molH2放氢量约13.8wt%。LiBH4中加入LiNH2反应如下：LiBH4+2LiNH2 Li3BN2+4H2 （450K）H=-23kJ/molH2。放氢量约7.9wt%9.5wt%。.18氮氢化物典型代表:LiNH2Li3N+2H2 LiH+Li2NH+H2 LiNH2+2LiH 储氢量约10.5wt%.19氨硼烷氨硼烷(NH3BH3)NH3BH3 (NH2BH2)n+H2 ( 70-112)(NH2BH2)n (NHBH)n+nH2(155-350)(NHBH)n nBN+n/2H2 (大于350）前两步放氢量约10wt%

6、。难点是实现低温脱氢和抑制杂质副产物.20n掺杂掺杂改善了配位氢化物的脱氢性能.4K2TiF6掺杂NaAlH4体系与纯NaAlH4脱氢相比, 动力学性能显著提高络合氢化物性能改善KK2TiF6掺杂NaAlH4与纯NaAlH4样品的脱氢曲线3.21n阴阳离子替代 阴阳离子替代改善价键结合能价键结合能，进而改善热稳定性和动力学性能4阳离子替代 用Li原子部分替代对Na3AlH6中的Na原子,形成Na2LiAlH6,该氢化物平台压降低。阴离子替代 用F原子部分替代Na3AlH6中的H原子,形成Na3AIH6-xFx,该氢化物展现了较好的平台性能。.22n氢化物反应失稳 氢化物反应失稳是通过添加适当的

7、反应物来改变氢化物的原有分解路径,以形成更加稳定的脱氢产物。4AH2+BABx+xB反应焓较小,从而降低了氢化物的分解温度,且易于可逆加氢反应的进行 不同脱氢反应路径焓变示意图3.23小结n金属（合金）储氢存在着储氢量低等问题，常用改变元素化学计量比、元素替代等方法改善其性能。n络合氢化物储氢量高，但是放氢困难，常用掺杂等方法改善其性能。.24参考文献1胡子龙. 贮氢材料M. 北京：化学工业出版社, 2002.2Liu Y,Chu L,Zhou H,Gao M,Wang Q.A novel catalyst precursor K2YiF6 with remarkable synergetic effects of K,Ti and F together on reversible hydrogen storage of NaAlH4J.Chem.Commun,2011,47:1740-1742.3Vajo J J,Olson G L