材料化学 教学课件 ppt 作者 曾兆华 杨建文 编著Chapter6 Metallic Materials.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 一个金属原子能与两个、三个甚至更多的氢原子结合，生成稳定的金属氢化物，同时放出热量。 将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收的氢释放出来，同时吸收热量。 * 6.6.2 储氢原理 Chapter6 Metallic Materials * Principle M-H系统p—C—T平衡图 平台区：氢气、固溶体、金属氢化物三相共存 f ＝ k－φ十2=1 p—C—T曲线上方：吸收氢气 p—C—T曲线下方：放出氢气 Chapter6 Metallic Materials * 合金的吸氢反应机理 H2传质 化学吸附氢的解离 H2?2Had 表面迁移 吸附的氢转化为吸收氢 Had? Habs 氢在α相的稀固溶体中扩散 α相转变为氢化物（β相） Habs(α) ? Habs(β) 氢在β相中扩散。 Chapter6 Metallic Materials * 氢原子在合金晶格中形成固溶体 Chapter6 Metallic Materials 实用要求： ① 容易活化； ② 储气容量高； ③ 吸放氢速度快； ④ 反复吸放氢循环时不易粉化，性能不退化； ⑤ 有合适的吸放氢平台压力； ⑥ 吸放氢过程中的平衡氢压差小，即滞后现象弱； ⑦ 有确定的化学稳定性； ⑧ 对杂质敏感程度低； ⑨ 原料资源丰富，价格低廉； ⑩ 用作电极材料时具有良好的耐腐蚀性。 * 6.6.3 储氢合金的开发 Chapter6 Metallic Materials 储氢合金种类 系列 代表合金 扩展系列 AB5 LaNi5，MmNi5 A1-xNxB5-yMy （x＜1，y＜5） AB2 TiCr2，TiMn2 A1-xNxB2-yMy （x＜1，y＜2） AB TiFe， TiNi A1-xNxB1-yMy （x＜l， y＜1） A2B Mg2Ni，Ti2Ni A2-xNxB1-yMy （x＜2，y＜1） * 可以在工程上应用的合金基本上都是金属间化合物，已确认有应用前景的共有四类 A及N——吸氢量较大的金属 (ⅡA，ⅢB，ⅣB，ⅤB族金属) B及M——过渡金属 （ⅥB，ⅦB，Ⅷ，ⅠB，ⅡB，ⅢA，ⅣA族） Mm ——混合稀土金属 Chapter6 Metallic Materials 碳纳米管——迄今为止最好的储氢材料 * 碳纳米管储氢示意图（红点为氢原子） Chapter6 Metallic Materials * 6.6.4 贮氢材料的应用 ① 贮氢容器 重量轻、体积小——氢以金属氢化物形式存在于贮氢合金之中，密度比相同湿度、压力条件下的气态氢大1000倍； 节省能量，安全可靠——用贮氢合金贮氢，无需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。 Application 贮氢容器 Chapter6 Metallic Materials * Example 贮氢合金制作的贮氢装置 Chapter6 Metallic Materials * Example 在高压容器中装入贮氢合金的“混合贮氢容器” Chapter6 Metallic Materials * H2的回收与纯化 ② H2的回收与纯化 用铀回收氘的捕集器 Chapter6 Metallic Materials * 氢化物电极 ③ 氢化物电极 Ni、MHx电池充放电过程示意图 Chapter6 Metallic Materials * 镍氢电池结构 Chapter6 Metallic Materials * Advantages (1)比能量为Ni—Cd电他的1.5-2倍； (2)无重金属Cd对人体的危害； (3)良好的耐过充、放电性能； (4)无记忆效应； (5)主要特性与Ni／Cd电他相近，可以互换使用。 优点 Chapter6 Metallic Materials 功能材料 化学能、热能和机械能可以通过氢化反应相互转换，可用于热泵、贮热、空调、制冷、水泵、气体压缩机等方面。 * ④ 功能材料 功能转换机制 Chapter6 Metallic Materials 利用储氢合金的放热——吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备 * 利用储氢合金制造的制冷机 Chapter6 Metallic Materials 6.7 非晶态金属材料 * 6.7.1 非晶态金属材料及其基本特征 （1）非晶态形成能力对合金的依赖性 非晶态合金通常由金属组成或由金属与类金属组合 金属与类金属组合更有利于非晶态的形成 较好的组合类金属：B、P、Si、Ge Chapter6 Metallic Materials * （2）结构的长程无序和短程有序性 不存在原子排列的长程有序性 观察不到晶粒的存在 非