第2章贮氢合金讲稿1汇编.ppt

第2章 贮氢合金 氢—理想能源 普遍存在 ? 宇宙质量 9000倍化石燃料 燃烧性能好 燃烧热值最高(1.21~1.43)×105kJ/kgH2 汽油的3倍 焦碳的4.5倍 无毒、无污染—清洁能源 导热性最好的气体——热泵 存在形式多样 未来的能源网络结构 氢能系统建立条件 贮氢技术 含硼贮氢材料 硼氢化合物 热分解制氢——NH3BH3、LiBH4等 水分解制氢——NaBH4（SBH）等 BN纳米结构材料 硼促进贮氢材料 4.1金属贮氢原理 —— 贮氢材料　某些过渡金属、合金和金属间化合物有特殊的晶体结构，使氢易进入其晶格间隙形成金属氢化物，这些金属氢化物可贮存1000～1300倍的氢，加热时氢能从金 属中释放出来。 ——发现史　1968年美国布鲁海文国家实验室首先发现镁－ 镍合金具有吸氢特性，1969年荷兰菲利普实验室发现钐 钴（SmCo5）合金能大量吸收氢，随后又发现镧－镍（LaNi5）合金在常温下具有良好的可逆吸放氢性能，现贮 氢合金正在向合金系的多元化发展。 反应式： 一类是I和II主族元素与氢作用，生成的NaCl型氢化物(离子型氢化物)。这类化合 物中，氢以负离子态嵌入金属离子间。 另一类是III和IV族过渡金属及Pb与氢结合，生成的金属型氢化物。其中，氢以 正离子态固溶于金属晶格的间隙中。 4.2 贮氢合金分类 1.2.1镁系贮氢合金 优点： 最早研究的贮氢材料。镁与镁基合金贮氢量大(MgH2约7.6w％)、重量轻、资源丰富、价格低廉。 稀土系 LaNi5是稀土系贮氢合金的典型代表。其优点是室温即可活化，吸氢放氢容易，平衡 压力低，滞后小、抗杂质等；缺点是成本高，大规模应用受到限制。 LaNi5三元系 MmNi5系Mm= Ce,La,Sm采用第三组分元素M(Al，Cu，Fe，Mn, Ga，In，Sn，B，Pt，Pd，Co，Cr，Ag，Ir) 替代部分 Ni是改善LaNi5和MmNi5储氢性能的重要方法。  MlNi5系 Ml= La+Nd70% 价格为La的1/5 MlNi5-xAlx 钛系贮氢合金 AB AB21 钛铁系合金Ti-FeTi—Fe系的最大特点是价格便宜，储氢量大，氢分解压在室温附近只有几个大气压，很合乎实用要求，但活化困难和易于中毒限制了它的实际应用。用其他元素替代合金中部分Fe的TiFexMx(M＝V，Cr，Mn，Co，Ni，Cu)，以及用Zr、Nb置换部分Ti可改善其性能。 2 钛锰系合金 Ti-Mn系属于AB2-x型Laves相合金，属于六方晶系。Ti-Mn二元合金中当Ti量低于30％(原子分数)时，合金几乎不吸氢。但TiMn具有吸氢量大、初期氢化容易、解吸等温曲线有良好的平坦区、反应速度快、反复吸放氢性能稳定、价格便宜(与Ti-Fe系的成本相近)等待点，是一种实用性好的储氢材料而受到重视。TiMn系合金在反复吸放氢过程中粉化严重，中毒后再生性较差是其缺点，目前对中毒机理的研究很少。添加少量其他元素(例如Zr、Co、Cr、V)可进一步改善性能。 机械合金化技术及复合贮氢合金 贮氢合金的应用 氢的贮存、净化和回收 各种贮氢合金平衡分解压-温度关系曲线 (1) 吸氢能力大，即单位质量或单位体积贮氢量大。 (2)金属氢化物的生成热要适当，如果生成热太高，生成的金面氢化物过于稳定，释氢时就需要较高温度；反之，如果用作热贮藏，则希望生成热高。 (3)平衡氢压适当。最好在室温附近只有几个大气压，便于贮氢和释放氢气。且其p-C-T曲线有良好的平坦区，平坦区域要宽．倾斜程度小，这样，在这个区域内稍稍改变压力，就能吸收或释放较多的氢气。 (4)吸氢、释氢速度快。 (5)传热性能好。 (6)对氧、水和二氧化碳等杂质敏感性小．反复吸氢释氢时．材料性能不致恶化。 (7)在贮存与运输中性能可靠、安全、无害。 (8)化学性质稳定．经久耐用。 (9)价格便宜。 主要缺点是分解温度过高 (250℃)，吸放氢速度慢， 使镁系合金至今处于研究所段，尚未实用 LaNi5的晶体结构 锆系合金 　　锆系合金具有吸氢量高，反应速度快，易活化，无滞后效应等优点。 　　但是，氢化物生成热大，吸放氢平台压力低，价贵，限制了它的应用。 AB2→ZrV2，ZrCr2，ZrMn2 储氢量比AB5型合金大，平衡分解压低。 　　Zr(Mn，Ti，Fe)2和Zr (Mn，Co，Al)2合金适合于作热泵材料。 　　Ti17Zr16Ni39V22Cr7 已成功用于镍氢电池，有宽广的元素替代