第4章 储氢材料.ppt

第4章　贮氢合金;4.1.1 能源危机与环境问题;4.1.2 氢能开发，大势所趋;;4.1.4 不同储氢方式的比较;　　贮氢材料的作用相当于贮氢容器。 　　贮氢材料在室温和常压条件下能迅速吸氢(H2)并反应生成氢化物，使氢以金属氢化物的形式贮存起来，在需要的时候，适当加温或减小压力使这些贮存着的氢释放出来以供使用。;　　贮氢材料中，氢密度极高，下表列出几种金属氢化物中氢贮量及其他氢形态中氢密度值。;(1)相对氢气瓶重量;不同贮氢方式占用体积比较;氢含量比较;　　另外，一般贮氢材料中，氢分解压较低，所以用金属氢化物贮氢时并不必用101.3MPa(1000atm)的耐压钢瓶。;固态储氢的优势：;　　可见，利用金属氢化物贮存氢从容积来看是极为有利的。 　　但从氢所占的质量分数来看，仍比液态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难，尤其体现在对汽车工业的应用上。;　　当今汽车工业给环境带来恶劣的影响，因此汽车工业一直期望用以氢为能源的燃料电池驱动的环境友好型汽车来替代。;　　对于以氢为能源的燃料电池驱动汽车来说，不仅要求贮氢系统的氢密度高，而且要求氢所占贮氢系统的质量分数要高(估算须达到?(H) =6.5％)，当前的金属氢化物贮氢技术还不能满足此要求。 　　因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究中长期探求的目标。;　　贮氢材料的发现和应用研究始于20世纪60年代，1960年发现镁(Mg)能形成MgH2，其吸氢量高达?(H)＝7.6％，但反应速度慢。;　　1964年，研制出Mg2Ni，其吸氢量为?(H)=3.6％，能在室温下吸氢和放氢，250 ℃时放氢压力约0.1MPa，成为最早具有应用价值的贮氢材料。;　　同年在研究稀土化合物时发现了LaNi5具有优异的吸氢特性; 　　1974年又发现了TiFe贮氢材料。LaNi5和TiFe是目前性能最好的贮氢材料。;4.2 贮 氢 原 理 1、金属与氢气生成金属氢化物的反应 2、金属氢化物的能量贮存、转换 3、金属氢化物的相平衡和热力学;　　金属和氢的化合物统称为金属氢化物。元素周期表中所有金属元素的氢化物在20世纪60年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。;　　元素周期表中IA族元素(碱金属)和IIA族元素(碱土金属)分别与氢形成MH、MH2化学比例成分的NaCl型或离子键型氢化物，氢以H-离子状态存在。是白色或接近白色的粉末，是稳定的化合物。;　　从IB族到IVA族的金属氢化物，因是共价键性很强的化合物，称为共价键型氢化物，例如:SiH4、CuH等。 　　这些化合物多数是低沸点的挥发性化合物，不能作贮氢材料用。;　　从IIIB族到VIII族的金属氢化物，称为金属键型氢化物，它们是黑色粉末。 　　其中，IIIB族、IVB族元素形成的氢化物比较稳定(生成焓为负、数值大，平衡分解氢压低)，如LaH3、TiH2氢化物。氢以H+形成固溶体。;　　VB族元素也和气体氢直接发生反应，生成VH2、NbH2氢化物。在1atm下，这些氢化物的温度在常温附近，它们能够是在常温下贮藏释放氢的材料。 　　VIB族到VIII族的金属中，除Pd外，都不形成稳定的氢化物。;　　各种金属与氢反应性质的不同可以从氢的溶解热数据中反映出来。;　金属的氢的溶解热是负(放热)的很大的值，称为吸收氢的元素； 　金属显示出正(吸热)的值或很小的负值，称为非吸收氢的元素； 　　VB族(V，Nb，Ta）金属刚好显示出两者中间的数值。;2、金属贮氢原理 　　金属氢化物可以作为能量贮存、转换材料，其原理是： 　　金属吸留氢形成金属氢化物，然后对该金属氢化物加热，并把它放置在比其平衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢，其反应式如下：;　　式中，M---金属； MHy---金属氢化物 　　　　　P---氢压力；?H---反应的焓变化 MHx--金属含氢的固溶体;;放氢,吸热;　　实际使用的温度、压力范围是根据具体情况而确定的。 　　一般是从常温到400℃，从常压到100atm左右，特别是以具有常温常压附近的工作的材料作为主要探讨的对象。;　　具有常温常压附近工作的纯金属的氢化物里，显示出贮氢材料性能的有钒的氢化物(VH2)和镁的氢化物(MgH2)。 　　但是MgH2在纯金属中反应速度很慢，没有实用价值。;　　贮氢合金材料都服从的经验法则是“贮氢合金是氢的吸收元素(IA—IVA族金属)和氢的非吸收元素(VIA-VIII族金属)所形成的合金”。 　　如在LaNi5里La是前者，Ni是后者；在FeTi里Ti是前者，Fe是后者。即，合金氢化物的性质介于其组元纯金属的氢化物的性质之间。;　　然而，氢吸收元素和氢非吸收元素组成的合金，不一定都具备贮氢功能。 　　例如在Mg和Ni的金属间化合物中，有Mg2N