储能技术专题讲座：储氢材料概述

2024/4/171储氢材料概述报告人：赵平指导教师：张华民研究员SeminarI2024/4/172一、绪言

氢－二十一世纪

的绿色能源2024/4/1731.1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！！！2024/4/1741.2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2024/4/1751.3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)/m32024/4/176二、不同储氢方式的比较气态储氢：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2024/4/177二、不同储氢方式的比较固态储氢的优势：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2024/4/1782.1体积比较2024/4/1792.2氢含量比较2024/4/1710三、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2024/4/1711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+∆H2024/4/1712PositionforHoccupiedatHSM

HydrogenonTetrahedralSites

HydrogenonOctahedralSites2024/4/17133.1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2024/4/1714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2024/4/1715PCTcurvesofLaNi5alloy

2024/4/1716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2024/4/1717PCTcurvesofTiFealloy

TiFe(40℃)2024/4/1718TiFealloy

Characteristics:

twohydridephases;phase(TiFeH1.04)&

phase(TiFeH1.95)2.13TiFeH0.10+1/2H2→2.13TiFeH1.042.20TiFeH1.04+1/2H2→2.20TiFeH1.95

2024/4/1719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2024/4/1720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

2024/4/17213.2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)2024/4/1722金属配位氢化物的的主要性能℃2024/4/17233.3碳纳米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs2024/4/1724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2024/4/1725纳米碳管吸附储氢：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)2024/4/1726纳米碳管电化学储氢开口多壁MoS2纳米管及其循环伏安分析循环伏安曲线2024/4/1727纳米碳管电化学储氢2024/4/1728

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％2024/4/1729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％。

2024/4/1730纳米材料储氢存在的问题：世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt）%-67（wt）%,如何准确测定？储氢机理如何2024/4/1731四、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