材料化学调研报告(共23页)

1、新能源材料(cilio) 关于储氢材料课题(kt)的调研报告课题组：伏柏达（组长）、王成、张彬、李雪菲、余春娇指导(zhdo)教师：罗民课题摘要：随人类社会发展进步，生活逐步现代化，也伴随着资源的大量开发与使用，这使人类面临着全地球的能源危机和环境污染问题。长期以来，地球上的主要能源煤炭、石油、天然气现已面临枯竭的境地。在能源危机警钟响起时，人们开始把注意力转移到太阳能、原子能、核能、地热能、氢能等新能源上。但是要使这些自然存在形态的能量转变为人们直接能够使用的能量，必须要把它们转化为二次能源。那么最佳的二次能源是什么呢？氢能就是一种最佳的二次能源。氢是地球上一种取之不尽的元素。用电解水法取氢

2、就是氢元素的广阔源泉。氢的发热值高，燃烧时的发热量在所有化学燃料发热值中首屈一指，而且氢又是一个对环境无污染的元素。所以人们很自然地把注意力集中在氢能源的开发和利用上。要利用好氢能源。摆在人们面前的问题是如何把氢储存、运输和利用。关键词：氢能源、储氢材料、合金(hjn)储氢材料、氢能源的可持续利用前言(qin yn)：调研(dio yn)背景：人类社会的进步与发展，生活的现代化，不乏伴随着地球上资源的开发利用，煤、天然气、石油三大化石燃料资源的日益消耗，也面临枯竭。世界各国的科学家、专家将其资深的目光投向其他新能源，而作为最优化的二次能源氢，得到了它们的青睐，渐入人们的视野。但问题也随之而来，

3、氢能源的制备技术、贮存方式、运输方式、利用等还不够成熟，而这些技术将面临严峻的考验。试想，如若要使氢能源普及使用，就必须克服其制备、贮存与运输。于是，我们小组便对此做出了较为深入的调研。调研目的：1、探寻氢能源在其制备、贮存以及运输上等存在的种种问题。2、通过氢能源在以上方面所存在的问题，寻找合理化的方法解决诸如此类的问题，使氢能源安全、便捷、便宜的走入人们的生活。3、通过此次课题调研，培养我们的科学探索研究精神、对新材料的探索流程、知识体系的构建、团队合作意识、严谨的思维、认真细心的学习态度等。三、调研(dio yn)时间： 2012年11月1日2012年11月26日调研(dio yn)方法

4、：1、本课题采用在有权威的化学资料库进行氢能源相关(xinggun)资料的搜集、分类与整理。（采集者：李雪菲、余春娇）2、整理好的资料进行PPT的精心制作。（制作者：张彬、伏柏达、王成）3、氢能源资料、PPT的审核。（审核者：伏柏达）4、课堂PPT的讲解。（主讲者：王成）5、课堂讲解评估表的评价填写。（填表者：罗民老师、10级材料班全体同学）6、课题评估表的分析及课题调研讨论。（讨论者：全体组员）7、课题调研报告的总结。（总结人：伏柏达）正文： 经过组内分工，各位组员经过精心认真的调研，各自较为出色的完成任务。最终，进过小组讨论整理，于是我们得到较完善的可信度较高的资料。也发现了氢能源在制备、

5、贮存、运输和利用上存在的种种问题。现就其具体作出如下汇报：氢能源(nngyun)的制备 1、水电解制氢：利用水在通电的条件(tiojin)下分解产生H2和O2。化学(huxu)方程式：2H2O2H2+O2。该法制得的H2纯度比较高。 2、副产氢气：回收的焦炉煤气中含有60%左右的氢气，石油裂解气经深冷分离也可得到纯度较高的氢气，它们是重要的工业氢源，可直接用作制氢的氢源，或经提纯后用作高纯的氢源。3、由煤制氢：先将煤或焦炭等固体在高温下与空气和水蒸气作用，生成氢煤气，用脱硫剂脱除硫化氢，在经过一系列的处理，最终可制得氢。4、由气态烃和轻油制氢：原料多为天然气，常采用蒸汽转化法和部分氧化法。 （

6、1）蒸汽转化法：在高温和镍催化剂作用下，烃类原料和水蒸气进行转化反应，生成H2、CO、和CO2。如CH4表示如下：CH4+H2OCO+3H2；CH4+2H2OCO2+4H2O；CO+H2OCO2+H2。 （2）部分氧化法：2CH4+O22CO+4H2。以上两种方法均存有缺点，原料自身存热，原料本身便可作为燃料应用，在制备成氢气而利用，从原料、利用价值(jizh)等方面均不划算。氢能源(nngyun)的贮存 在常温、常压下，氢是以气态存在。工业用的氢气多储于钢瓶里，使用不便，并有一定的危险，无法作为能源而大量、广泛地使用。以液态氢气的形式来储存氢气是解决问题的一个新思路，但是氢气的液化温度(wn

7、d)很低，达到了-253，实际困难太大，经济投入过大，是行不通的。为了解决这个难点，诸多科学家将苗头转向其他的储氢方式，是否，活性炭、无机化合物、有机液体氢化物、合金化合物也可以储氢呢？通过大量研究探索，终于人们发现活性炭、无机化合物、有机液体氢化物、合金化合物也可以储氢。于是学来越多的科学家、专家对储氢问题的兴趣逐渐提高。储氢材料的应用得到了迅速的发展。小组讨论，对活性炭、无机化合物、有机液体氢化物、合金化合物四种储氢材料的储氢机理、优异性作出汇报：活性炭储氢：依靠自身强大(qingd)的表面吸附性，可依靠其吸附性储存大量的氢能源。如：富勒烯C60，其表面(biomin)H2的吸附(xf)量

8、可达5-10(质量分数)。 该法储氢的优缺点在于活性炭原料易得，吸附储氢和放氢操作都比较简单，未来有望成为新一代储氢材料。无机化合物储氢：某些无机化合物和氢气发生化学反应可储氢，然后在一定条件下分解可放氢。如：以活性炭作载体，在Pd或PdO的催化作用下，以KHCO3或NaHCO3作为储氢剂，储氢量约为2(质量分数)。 该法储氢的优缺点是原料易得、储存方便、安全性好，但储氢量比较小，催化剂价格较贵。有机液体氢化物储氢：借助储氢载体（苯与甲苯）与H2发生可逆反应来实现，包括催化加氢反应和催化脱氢反应。如：环己烷和甲基环己烷与H2发生化学反应进行氢能源的储存。环己烷和甲基环己烷的理论储氢量分别为7.

9、19和6.18(质量分数)，比高压储氢和金属氢化物储氢的实际量都大。 该法储氢的有缺点是储氢量大，储氢载体可循环使用，其储存和运输都很安全方便，但催化加氢和催化脱氢装置和投资费用较大，储氢操作比较复杂。4、合金化合物储氢：在一定温度和氢气压力下能多次吸收、储存和释放氢气的合金被称为储氢合金。该类储氢材料主要依靠合金晶体结构本身存在四面体、八面体间隙，致使氢原子容易进入(jnr)这些间隙，从而达到储氢的目的，大多数金属氢化物储氢量在1-4(质量(zhling)分数)。如：TiH2、ZrH1.9、PrH2.8、Ti1.4CoH、LaNi5H、MmNi4.5H6.6等。该法储氢的优缺点是储存量大，释

10、放氢容易，能量密度高，所需费用明显低于深冷液化储气和高压(goy)储氢，原料易得，安全可靠。储氢合金已成为各国都积极研发的一种很有前途的储氢方法。经过我小组研究讨论得出，合金储氢材料在未来的应用将非常广泛，很有前途，故我小组一致同意决定对合金储氢材料进行较为全面、透彻的分析讨论。合金储氢材料：一、储氢合金材料主要有：稀土系列、钛合金系列、镁镍系列等。二、合金储氢材料储氢必须具备以下要求： （1）储氢量大，能量密度高； （2）吸氢和放氢速度快； （3）氢化物生成(shn chn)热小； （4）分解(fnji)压适中： （5）容易(rngy)活化； （6）化学稳定性好； （7）在储运中安全、无害；

11、 （8）原料来源广、成本价廉。合金储氢材料具体介绍：1、稀土系储氢合金：如：LaNi5是稀土系储氢合金的典型代表，由荷兰Philip实验室于1969年首先研制。LaNi5在室温下可与一定压力的氢气反应形成氢化物，如下式所示：LaNi5+3H2LaNi5H6LaNi5具有优良的储氢性能，块状LaNi5合金储氢量约1.4(质量分数)，储氢量大，分解压适中平坦，活化容易，具有良好的动力学特性和抗杂质气体中毒性。但LaNi5成本高，大规模应用受限，因此发展置换La和Ni的多元合金：LaNi5-xMx(MAl、Mn、Cr、Fe、Co、Cu等)和R0.2La0.8Ni5(RY、Gd、Nd、Th等)。用富C

12、e混合稀土(Mm)代替La可研制廉价的MmNi5储氢合金，在MmNi5基础上开发多元合金，如MmNi1-yBy(B=Al、Cu、Fe、Mn、Ga、Sn、Cr等)系列，不仅保持LaNi5的优良特性，而且在储氢量和动力学特性方面优于LaNi5，价格仅为纯La的1/5。注：Mm是一种(y zhn)以一系列稀土族Co、Ni等为主的混合物金属(jnsh)。钛系储氢合金(hjn)：如：TiFe合金。 TiFe具有优良储氢特性，吸氢量约1.75(质量分数)，室温下释氢压力约为0.1MPa。价格较低，具有很大实用价值。但TiFe活化困难，须在450和5MPa压力下进行活化，抗毒性弱(特别是O2)，反复吸释氢后

13、性能下降。为改善TiFe合金储氢特性，可用过渡元素(M)置换部分铁形成TiFe1-yMy(M=Cr、Mn、Mo、Co、Ni等)。TiFe0.8Mn0.2可在室温3MPa氢压下活化，生成TiFe0.8Mn0.2H1.05氢化物，储氢量达到1.9wt。镁系储氢合金：如：Mg2Ni合金，在300-400和较高氢压下，Mg2Ni与氢反应生成 Mg2NiH4。Mg2Ni+2H2Mg2NiH4含氢量为3.65wt，理论储氢量可达6%，但其稳定性强，释氢困难。用Ca和Al取代部分Mg形成Mg2-xMxNi，氢比物离解速度比Mg2Ni增大40以上，活化容易，具有良好的储氢性能，性质稳定。或利用过渡元素(M)置

14、换Mg2Ni中的部分Ni，形成Mg2Ni1-xMx合金(MV、Cr、Mn、Fe、Zn等)，也可改善吸收、释放氢的速度，具有很实用的价值。储氢合金材料的应用(yngyng) 1、储氢合金可分离氢气。混合气体流过储氢合金分离床，氢被吸收形成金属氢化物，杂质排出；加热金属氢化物，得到(d do)回收氢气。反复提纯可获得高纯氢气，2、每年大量含氢尾气(wi q)放空(仅合成氨工业全国每年放空尾气数十亿m3，含有50-60%的氢气)，回收利用可提供大量廉价氢气，得到巨大的能源补充。3、某些储氢合金的氢化物同氘、氚化物相比，同一温度下吸释氘氚的热力学和动力学特性有较大差别，可用于氢同位素的分离。4、TiN

15、i合金吸收D2的速率为H2的1/10，将含7%D2的H2导入到TiNi合金中，每通过一次可使D2浓缩50%，通过多次压缩和吸收，氘的浓度可迅速提高，同时回收大量高纯H2。5、氢化物热泵：以氢气为工作介质，储氢合金为能量转换材料，相同温度下分解压不同的两种氢化物组成热力学循环系统，以它们的平衡压差驱动氢气流动，使两种氢化物分别处于吸氢(放热)和放氢(吸热)状态，达到升温、增热或制冷目的。6、德国用LaNi5/Ti0.9Zr0.1CrMn合金(hjn)获得-25低温(dwn)，日本用MmNiMnAl/MmNiMnCo制备(zhbi)制冷系统，连续获得-20低温，制冷功率为900-1000W。7、储

16、氢合金电极替代NiCd电池中的Cd负极，组成镍-氢化物电池，不但具有高能量密度，而且耐过充，放电能力强，无重金属Cd对人体和环境的危害等应用。氢能源的包装及运输1、氢能源的包装：氢气拖车、钢瓶包装2、氢能源的运输方式：气态氢能源贮运、液态氢能源贮运、合金氢化物贮运、微球贮运。据相关资料证实，目前，前三种贮运方式已经在应用，最后的微球贮运方式还有待进一步研究探索。氢能源的应用燃烧氢能源发电：利用H2和O2燃烧，组成氢氧发电机组，这种机组是火箭型内燃发动机配以发电机。氢燃料电池(rn lio din ch)：氢燃料电池技术一直被认为是利用氢能解决人类能源危机的终极方案。氢燃料电池以被广泛用于各类轿

17、车。航天领域(ln y)利用氢能源上天：1928年，德国齐柏林(bi ln)公司利用氢的巨大浮力制造设计了世界上第一艘“LZ-127齐柏林”号飞艇，实现了飞度大西洋的航程。本世纪50年代，美国利用液氢作超音速和亚超音速飞机的燃料，使B57双引擎轰炸机改装了氢发动机，实现了氢能飞上天。石油化工原料：可利用H2制备重要的化工原料，如：氨气、甲苯、盐酸等；其次，是用于石油炼制和石油化工的各种工艺过程，如加氢裂化、催化加氢、加氢精制、加氢脱硫、苯加氢制环己烷、萘加氢制十氢萘等。气象方面的应用：在气象部门可用于气象探测氢气球的填充等。工业冶炼金属：工业上常利用氢气的还原性进行某些金属的冶炼。氢气还用于动

18、植物油脂的硬化，如制造人造奶油、脆化奶油、润滑脂等。 氢能源是最佳的燃料，燃烧热值高，产物无污染等种种应用。氢能源的发展前景1、中国(zhn u)氢能源的发展前景氢能源的发展前景非常乐观。现在中国的氢能在国际上已有一定的地位。首先，从氢气的产量而言，我国应该是世界上第一大产氢国，氢能的市场应用方面，国际上也处于争论阶段，或许(hux)还得在等待几年、几十年不等。但就长远利益与可持续发展看来，氢能源的却是一个必然的方向。2008年我国成立了中国氢能标准技术(jsh)委员会，代码是SACTC309，专门制定氢能国家标准，与国际氢能标准委员会接轨，保障我国氢能有效、稳中求升、可持续发展。国际上氢能源

19、的发展前景在国际上，氢能源同样受到包括美国、俄罗斯、德国、日本等经济大国在内诸多国家的高度重视，它们异各自建立氢能源发展研究所、技术委员会等单位，有诸多才华四溢的科学家、专家研究氢能源的发展，并于其他国家建立合作关系、共同研究探索氢能源。由此可见，氢能源非一般的重要。在未来，各种化石燃料资料面临枯竭时，氢能源作为清洁高效的能源将具有十分可观的发展前景。资料文献：国家科技图书文献中心化工分中心资料： （1）2006化工应用技术开发热点研讨会论文集氢能源未来的绿色能源 中国石油克拉玛依石化分公司炼油化工研究院 作者：刘江华 刊名：化情CD54521 （2）氢能源及其在当前的应用 分类号：TQ122

20、.3 （3）面向氢能源、燃料电池和二氧化碳减排的制氢途径的选择 单位：Fuel Science Program 作者：宋春山 （4）氢能源(nngyun)在863燃料电池(rn lio din ch)城市客车上的应用 单位：清华大学汽车(qch)安全与节能国家重点实验室 作者：林成涛 谢起成 陈全世 彭涛 （5）氢能源的工业应用 第一作者单位：天津华北氧气厂 作者：王新之2、燃料化学学报 面向氢能源的制备、储存与选择 第33卷第6期 2005年12月3、发酵制氢技术 1990年哈尔滨工业大学任南琪教授4、氢源廉价制备技术综述 单位： 昆明理工大学材料与冶金工程学院 作者：李艳 刘艳伟 杨滨 分

21、类号：TQ116.2;TK915、可持续发展的新型氢能源 单位： 清华大学 作者：曹栋兴 分类号：TK916、贮氢合金制备工艺对其电化学性能的影响 单位： 中南大学化学化工学院 作者：杨幼平 张平民 刘开宇 桑商斌 唐有根 卢周广 分类号：TG139.77、混合(hnh)稀土-镍系贮氢材料(cilio)研制 单位：北京清华银纳高科技发展(fzhn)公司 作者：潘光国 张新宇 戴为智 8、特种工艺方法制备储氢合金评述 单位：北京有色金属研究总院复合材料工程技术研究中心 作者：经海 郭宏 朱学新 马自力 卢彩涛 徐骏 李成栋 石力开 国家“863”资助项目(2002AA323070) 9、Mg-N

22、i基储氢合金的研究进展与发展趋势 单位： 钢铁研究总院 国家高技术研究发展计划资助项目(2007AA03Z230;2009AA03Z230) 国家自然科学基金资助项目(50701011) 工信部稀土应用研究项目2009年第7号资助项目10、镁基储氢合金改性的研究进展 单位： 南开大学新能源材料化学研究所 南开大学-天津大学联合研究院 国家重点研究开发规划项目 (NoG2000026405 ) 国家“863”项目 (No2001AA5150222 ) 天津市自然科学基金(No013632 11) 南开大学 -天津大学科技合作基金资助 11、储氢材料的研究与进展 单位：西北有色金属研究院 作者：刘

23、啸锋 马光 李银娥 姜婷 郑晶等课题调研讨论结果分析(fnx)报告课题组：伏柏达（组长）、王成、张彬、李雪菲、余春娇指导(zhdo)教师：罗民课题调研(dio yn)流程 1、确定课题调研主题：储氢材料（主要：合金储氢材料）；参与者：全组成员。 2、查找资料：全组成员。 3、整理材料：李雪菲、余春娇。 4、制作课件：张彬、王成、伏柏达。 5、初步审核：全组成员，提出建议，课件制作者进行修改。 6、二次审核：组长伏柏达和主讲人王成根据(gnj)讲解情况再做修改。 7、试 讲:王成，全组成员做点评(din pn)。 8、课堂(ktng)讲解:王成。 9、分析评估表:全体组员。 10、撰写课题调研报

24、告:伏柏达。 11、课题调研结果讨论探究分析：全体组员。 12、课题调研结果分析报告撰写：伏柏达。课题调研分工 1、伏柏达（组长）：负责每个环节的方向把握，以及查找资料、组织制作及审核课件、分析评估表、课题调研结果分析讨论、撰写课题调研报告。 2、王 成：查找资料、课件制作及审核课件、课题讲解、分析评估表、课题调研结果分析讨论。 3、张 彬：查找资料、制作课件、分析评估表、课题调研结果分析讨论。 4、李雪菲：查找资料、整理(zhngl)资料、分析评估表、课题调研结果分析讨论。5、余春娇：查找资料(zlio)、整理资料、分析评估表、课题调研结果分析讨论。三、课题调研结果(ji gu)分析1、在我

25、团队认真调研下，经一系列的调研流程，最终得到调研结果，现汇报如下：共发放专题小组学习调研评估表26份，收回26份。其中，填表率44%。2、按调研表内容作如下汇报： （1）课题材料准备充分占35%；一般占55%；较差占10%。 （2）课题内容讲解较好占52%；一般占39%；较差占9%。 （3）课题材料补充充分占10%；无补充占90%。课题调研评委评语归纳作如下汇报： （1）从课题材料准备、PPT制作、课题调研讲解、课题材料后续补充、团队合作等表现优秀，是他们学习的榜样，值得肯定。 （2）课题调研讲解时，讲解人讲解出现过多(u du)重复，普通话较差，讲解思路有点混乱。 （3）课题调研对储氢的原理

26、不够透彻(tuch)，课题材料有缺陷，不够完善。 （4）课题讲解优秀，团队分工(fn gng)明确，课件PPT制作背景单调，总体不错。 （5）课题材料准备充分，讲解不错，但讲解时存在细节上的问题，PPT制作有漏洞，还需补充。4、团队就课题调研结果分析作如下汇报： （1）组员知识储备量不足，材料来源路径小，材料准备欠缺，知识体系不够完善，有漏洞，还需改进。 （2）课题调研过程中细节准备不足，钻研劲不够，心态还不够端正，经验不足，还有待于提高。 （3）尽管做了大量资料查询，进行了资料分类整理，但由于专业知识的严重欠缺，致使对我们的课题储氢材料不能够较为熟练的掌握与熟知，大量知识陌生，对储氢材料的储

27、氢原理等内容含糊不清，还需要我们学习，说明我们首先还是要学好自己的专业知识。 （4）调研过程中组员能够做到尽心尽力，尽职尽责，认真负责完成(wn chng)各项任务，这是我们最大的收获。 （5）通过本次课题调研(dio yn)，我们发现里自己的不足之处，以后的学习中我们将加以克服等。课题调研(dio yn)总结 通过本次课题调研，我小组成员表现出很多可嘉可奖的有点，但不乏存在诸多缺陷。从接受课题那刻直至课题调研结束，我不仅仅从储氢材料这一课题中得到了许多知识，还学会了如何去在化工资料库中去寻找自己需要的化学资料文献，还能够在调研过程中找出自己的缺陷，能及时得以补救。储氢材料的调研，让我小组成员个个受益匪浅，我们会在以后的学习中积极上进，可独立思考，查阅资料，解决问题，也可通过团队合作来达到解决问题的效果。总之，这次课题调研报告，我们受益匪浅，一生受益。建议 希望老师在以后的专业课学习中能够为我们提供大量的这样的学习机会(j hu)，以增加我们学习的主动性与积极性。新能源材料(cilio) 储氢材料的调研(dio yn)学习心得体会依稀还记得老师布置这次课题调研任务，伴随着一种亢奋与激动，更是一种好奇，我们小组斩钉截铁的接下该课题，拿着老师提供的书籍，翻阅着，霎时思绪翻滚，一片迷乱。新能源材料究竟为何