第三讲储氢材料与氢能(课件).ppt

* 钛系储氢合金 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。 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％。 资源丰富，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 * 镁系储氢合金 在300-400℃和较高氢压下，Mg2Ni与氢生成Mg2NiH4，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A1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。 利用过渡元素(M)置换Mg2Ni中的部分Ni，形成Mg2Ni1-xMx合金(M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等)，也可改善吸/释氢的速度，具有实用价值。 储氢容量高 密度小 资源丰富 价格低廉 放氢温度高（250－300℃ ） 放氢动力学性能较差 * 储氢合金的应用 氢储存是储氢合金最基本的应用。 金属氢化物储氢密度高，采用Mg2Ni制成的储氢容器与高压(20MPa)钢瓶和深冷液化储氢装置相比， 在储氢量相等的情况下，三者质量比为1：1.4：1.2，体积比为1：4：1.3； 储氢合金储氢无需高压或低温设施，节省能源； 氢以金属氢化物形式存在储氢合金中，安全可靠，便于氢的运输和传递。 * 储氢合金储氢量与其他储氢方法储氢量的比较 体积比较（储４kg的氢） * 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，得到回收氢气。反复提纯可获得高纯氢气， 每年大量含氢尾气放空(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。 氢气纯化装置 氢气纯化工厂 * 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。 TiNi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。 氢同位素的应用 * 金属氢化物也是理想的能量转换材料。 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。 德国用LaNi5/Ti0.9Zr0.1CrMn合金获得-25℃低温； 日本用MmNiMnAl/MmNiMnCo制备制冷系统，连续获得-20℃低温，制冷功率为900-1000W。 * 储氢合金电极替代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。 储氢合金在镍氢电池上的应用 * Prof.GAN Guoyou,School of MSE,KMUST * 钛/锆系(AB2) 1966年，Pebler首先将二元锆基Laves相合金用于储氢的研究，发现其储氢容量达到1.8～2.4 wt％。 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 * * 以ZrMn2、TiMn2为代表的AB2型储氢合金具有Laves相结构，所涉及的有六方结构的C14型Laves相和立方结构的C15型Laves相两种。此类合金的储氢量大，放电容量比AB5型的稀土系合金电极高30～40％，在碱性解液中形成的致密氧化膜能有效抑制电极成分的进一步氧化，稳定性好，循环寿命长。 * * AB2型Laves相储氢电极合金至今仍存在初期活化困难、无明显放电平台、高倍率放电性能极差等缺点，且成本较高，使其综合性能不能达到大规模应用的要求。尽管AB2型储氢合金存在以上问题，但其储氢容量高和循环寿命长，被列为下一代高容量Ni／MH电池的首选材料。 * * V基固溶体型储氢合金 此合金由C14型Laves相和V基固溶体共同组成主相，同时存在少量TiNi相，在C14型Laves相和TiNi相的共同催化作用下，可使V基固溶体相具有良好的电化学吸/放氢性