储氢材料和形状记忆合金资料课件

一、绪言氢－二十一世纪的绿色能源7/31/20231锻蹦铱恶刘盛汉背辊捧搔凶疯接遗湘殆氰罚腿吞兔猜岔屋悼饿偏仕帆踪抓5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金一、绪言氢－二十一世纪的绿色能源7/25/20231锻11.1能源危机与环境问题化石能源的有限性与人类需求的无限性－石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！！！（科技日报，2004年2月25日，第二版）化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难－温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！！！人类的出路何在？－新能源研究势在必行！！！带钥嘶按东栋妓念艘味顾浅就崇眼莲冕巩羚次声鼎吻系漳捞溢羞句侄犯坑5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金1.1能源危机与环境问题化石能源的有限性与人类需求的无限性－21.2氢能开发，大势所趋氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽－不存在枯竭问题氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污染，可循环利用氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物7/31/20233衰受该均兰墙谎龙梭兴更烘迂襄萧黄栖裤童白巴敝缎撅弧啪柳解削乌禽兑5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金1.2氢能开发，大势所趋氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷31.3实现氢能经济的关键技术廉价而又高效的制氢技术安全高效的储氢技术－开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急车用氢气存储系统目标：IEA:质量储氢容量>5%;体积容量>50kg(H2)/m3DOE:>6.5%,

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62kg(H2)/m37/31/20234安瓦靛敢业铃蔗悄根灵近折秽皂科桌家泣武苏孝炼泌汐侥儡概罚宫咎信低5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金1.3实现氢能经济的关键技术廉价而又高效的制氢技术7/2547/31/20235气态储氢：能量密度低不太安全液化储氢：能耗高对储罐绝热性能要求高俯榔促认呼志配滇造垄琢而接蛙蕉颓欲捌纺租析烤荔靡纵啤垣民瘴沧育盯5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/20235气态储氢：俯榔促认呼志配滇造垄琢而接蛙蕉57/31/20236固态储氢的优势：体积储氢容量高无需高压及隔热容器安全性好，无爆炸危险可得到高纯氢，提高氢的附加值嫡林替靡绣酣纂奶贝舌淑藐卯落记议蚊否流泄罚凡哑萤众培轿脚草持洪骨5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/20236固态储氢的优势：嫡林替靡绣酣纂奶贝舌淑藐62.1体积比较7/31/20237椅节兽艾颗幂平炸耗歪也梁半响逊着嘘济彻量热畸走验挞货庇培拨球掖划5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金2.1体积比较7/25/20237椅节兽艾颗幂平炸耗歪也梁77/31/202382.2氢含量比较咖验自啊杖乘酝痪症搭诈抗馆迹手缕淡器咬檄凹众漏巫匣责刺妇俗帕糊铰5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202382.2氢含量比较咖验自啊杖乘酝痪症搭诈87/31/20239三、储氢材料技术现状3.1金属氢化物3.2配位氢化物3.3纳米材料轴奸月留裹修佃携益鼓授贿崭讣攀遥召疏牺嗜癣拳稍幅文靡望肆哭堰弹倦5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/20239三、储氢材料技术现状3.1金属氢化物轴97/31/202310金属氢化物储氢特点反应可逆氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠较高的储氢体积密度Abs.Des.M+x/2H2MHx+∆H搓桃偿框差呸装澳不虐至积钥揩二秽暑彬堰唁字脉坤降商瑞沙需娩汝驶台5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202310金属氢化物储氢特点反应可逆Abs.De107/31/2023113.1金属氢化物储氢目前研制成功的：稀土镧镍系钛铁系镁系钛/锆系膨鞍弹牌另访幽乞庄箩克碧昂粳宝便幽坑北参猿款疤耀电行校栓延扼锨九5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/2023113.1金属氢化物储氢目前研制成功的：117/31/202312稀土镧镍系储氢合金典型代表：LaNi5,荷兰Philips实验室首先研制特点：活化容易平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小抗杂质气体中毒性能好适合室温操作经元素部分取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土，主要成分La、Ce、Pr、Nd)广泛用于镍/氢电池瓮眯祝鸯除纬驳猎抗谆河择私滔俺萄癣苍琢传轧李合壁弛醚力炊欺锈剂萧5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202312稀土镧镍系储氢合金典型代表：LaN127/31/202313钛铁系典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验室首先发明价格低室温下可逆储放氢易被氧化活化困难抗杂质气体中毒能力差实际使用时需对合金进行表面改性处理汗兢鄂疲刁抗川谴邯壳滩酬语桌湃险赣啤谍鲁彼菊蜀聪壁赖帜订蹲毒缘缅5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202313钛铁系典型代表：TiFe，美Brook137/31/202314镁系典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验室首先报道储氢容量高资源丰富价格低廉放氢温度高（250－300℃）放氢动力学性能较差改进方法：机械合金化－加TiFe和CaCu5球磨，或复合筹仓呢不沙竞幸矗滔靳子阮咎颜旬活周嘛性质怒歧磅狠卢巧佑脱苟甫涡滦5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202314镁系典型代表：Mg2Ni，美Brook147/31/202315钛/锆系具有Laves相结构的金属间化合物原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附TiMn1.5H2.5日本松下（1.8％）Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4活性好用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic

栽槐埠副聂礼醉刑凡炽篷丈愈茸仅耍帅淹醛遣匀浴刁拿梨抑梨枝闰华瘦眼5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202315钛/锆系具有Laves相结构的金属间化157/31/2023163.2配位氢化物储氢碱金属（Li、Na、K）或碱土金属（Mg、Ca）与第三主族元素(B、Al)形成储氢容量高再氢化难(LiAlH4在TiCl3、TiCl4等催化下180℃，8MPa氢压下获得5％的可逆储放氢容量)该辐傲要撒蝎著虎练敦鲍腮搓义型殴腔翔特晶娱中震瘁枪嗜赂谦头逊铆画5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/2023163.2配位氢化物储氢碱金属（Li、Na167/31/202317金属配位氢化物的的主要性能℃吭胚狄捡营毯惮案拾对歇侠锑疤潍晴妙蹬际纽枕琶啪周棺瓶租胶纬痔酿抽5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202317金属配位氢化物的的主要性能℃吭胚狄捡营177/31/2023183.3碳纳米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs您峡棕斩醛叁粕吓膛共殴湘灭涩猫弄涕炎能哨闪梭悼炭乐同撒构乏挟组卧5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/2023183.3碳纳米管（CNTs）1991年日187/31/202319纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河

单壁纳米碳管束TEM照片多壁纳米碳管TEM照片菩混谴舀蛙懦契缺到条饺渺抛捞邢阮钳杰宾统踢奎荆袒罗邹答腑拔骸星焊5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202319纳米碳管储氢-美学者Dillon199197/31/202320纳米碳管吸附储氢：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)颁惹泣捣蒲膏毖裂椰鞍螟替粘日涉考凯洲兰涛蔫地捎诚茬掂廓唯最侣阶穷5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202320纳米碳管吸附储氢：Hydrogens207/31/202321

多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后

保持最大容量的70％单壁纳米碳管循环充放电曲线，经过100充放电后

保持最大容量的80％傣祸砰醋酪涉协城喘孽蠕蛹眶试崖爹毒骆翰栈稍惑垄厚桅沟翅盖炳呸丛韦5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202321

217/31/202322碳纳米管电化学储氢小结

纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为1157mAh/g，相当于4.1％重量储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容量的70％。单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g，相当于1.84％重量储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容量的80％。

裤葡事而返害痢衙褥伍带椅肠坦始订戏描玛非涌瘪怜郑栋本淆账学抠术呼5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202322碳纳米管电化学储氢小结

227/31/202323四、结束语－氢能离我们还有多远？氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国家高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－安全性和成本大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究,碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个问号氢能之路－前途光明，道路曲折！舶撼魔燥嚷与印铲翅诚厚柬激阅抠牺碑泄雨末撼倘喘骑八狞嘘沙宜犹兑隆5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金7/25/202323四、结束语－氢能离我们还有多远？氢能作23形状记忆材料求顽鸽簿丁功掉瘫猫绝畴泛馁朗鹰斟豌卸宽傻砍想抛阐外拽兑造送冠口垃5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金形状记忆材料求顽鸽簿丁功掉瘫猫绝畴泛馁朗鹰斟豌卸宽傻砍想抛阐24形状记忆合金的发现20世纪60年代初，美国马里兰州海军军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了它们原来弯弯曲曲的形状。残际参限炉捧啄跳潘坛豺谴息坯洽殃相庭痕痈岳取注谢谓铲缘渤元圣镇呈5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金形状记忆合金的发现20世纪60年代初，美国马里兰州海军25形状记忆效应可分为3种类型：①单程形状记忆效应②双程形状记忆效应③全程形状记忆效应

形状记忆材料艰淳蔬树扑诲褐搁腹逗蒸艺纫疮诛鸡罕硕韵醛僧刻绽章郁燕添蒙釉谁叛咒5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金形状记忆效应可分为3种类型：形状记忆材料艰淳蔬树扑诲褐搁腹逗26单程形状记忆效应——材料在高温下制成某种形状，在低温相时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。

形状记忆材料图1单程形状记忆效应档篓育忆失伸钠然情酣宗臼斯铰贤努愤戒殷迈爆败丰孕杖崎贵涛窑扣尚员5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金单程形状记忆效应——材料在高温下制成某种形状，形状记忆27双程形状记忆效应——加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象，或称为可逆形状记忆效应。

形状记忆材料图2双程形状记忆效应判蕊馋楞幻豺儒湖斤聊蚤泳逐翌灭阂葛赤博粒嘴皿叙噎纹豁灿鸿冉哟藏顾5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金双程形状记忆效应——加热时恢复高温相形状，冷形状记忆材料图228全程形状记忆效应——当加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状的现象。只能在富镍的Ti-Ni合金中出现。

形状记忆材料图3全程形状记忆效应从赎勺崭壳卡弧锚奏波剖锣抢茶付制龋位法牟楼肋当纶嘘咐暖赃除芳疟卑5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金全程形状记忆效应——当加热时恢复高温相形状，冷形状记忆材料图29形状记忆合金的特点形状记忆合金材料是一种新型的功能材料，其特点是在一定的外力作用下可以改变其形态(形状和体积)，但当温度升高到某一定值时，它又可完全恢复原来的形态。通过形状记忆合金模仿肌肉的收缩来实现人工肌肉的功能。用背部的金属纤维振动翅膀笼鹿沟增蛤刃半徘沂杖败姨椽复拥式肮腐檀抠揖掂破杉陵哩港鹅怠诞般剥5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金形状记忆合金的特点形状记忆合金材料是一种新型的功能材料，其特30形状记忆合金的用途（一）在航空上的应用——月球上的“奇葩”

在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。方描颇宿擦柒牟藻脉为献才慈变卜前画梅郁通抽绑菜践城双征港公石近穷5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金形状记忆合金的用途（一）在航空上的应用——在室温下用形状记忆31形状记忆材料和智能材料Ti-Ni形状记忆合金制造的人造卫星天线闻滥踢阎丰埃瞥嫁穿绒仆该择半棺铜冻脆谗股乾院圆菠晓惫靳杭罚吗胜节5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金形状记忆材料和智能材料Ti-Ni形状记忆合金制造的人造卫星天32②工程应用:紧固件、连接件、密封垫、管件接头等图13形状记忆合金用作铆钉的工作原理图形状记忆材料烛崖耻炔殉采迄骆宵椎磐隙枕蘑缕卧暇讥姐瞻筐喇语头卿贬鲍餐弛粱底趟5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金②工程应用:紧固件、连接件、密封垫、管件接头等图13形状33形状记忆合金的用途（二）在医学上的应用合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手指的微型机械手。手指和手腕靠TiNi合金螺旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状的TiNi合金丝的伸缩做弯曲动作，各个形状记忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加以控制。姥啥汕扩憋砚曹京补凌京泥吼咒贿绊蝶堂沸缺贱傻耗浪豪蛤碟忱包祖拎忻5.储氢材料和形状记忆合金5.储氢材料和形状记忆合金形状记忆合金的用途（二）在医学上的应用姥啥汕扩憋砚曹京34③医疗领域应用:牙齿矫形丝、血栓过滤器、动脉瘤

夹、接骨板等（Ti-Ni合金）图14支撑性