第三章-化学-储氢材料.ppt

1 能源危机 无论是煤炭、石油还是天然气，作为不可再生的天然的化石能源，其资源总量是有限的。据测算，以目前的开采速率，这三种天然一次能源的供应，石油还能维持约40年，天然气(常规)约50年，煤炭240年。 1.1、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！！！ 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！！！ 1.2、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 体积比较 Novel Solid materials for hydrogen storage 1.5 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 Position for H occupied at HSM 1.5.1 金属氢化物储氢 目前研制成功的： 镁系 稀土镧镍系 钛铁系 钛/锆系 1.6、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) 金属配位氢化物的主要性能 SEM images of NaAlH4 with different particle size Hydrogen storage capacities of Ti-doped NaAlH4 1.7、碳纳米管（CNTs）储氢 氢含量比较 纳米碳管吸附储氢： Alkali-doped carbon nanotubes 1.7.1 Adsorped hydrogen on non-carbonaceous nanotubes 1.8、Adsorped hydrogen on metal-organic frameworks Metal-organic framework(MOF-5) Impact of organic linkers on hydrogen storage capacities of MOF 1.13、 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，中国也正在筹划引进 氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存 液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－安全性和成本 1.9、金属氢化物的能量贮存、转换 　　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： 放氢,吸热 吸氢,放热 反应进行的方向取决于温度和氢压力。 　　实际上，上式表示反应过程具有化学能(氢)、热能(反应热)、机械能(平衡氢气压力)的贮存和相互转换功能。 放氢,吸热 吸氢,放热 　　这种能量的贮存和相互转换功能可用于氢或热的贮存或运输、热泵、冷气暖气设备、化学压缩机、化学发动机、氢的同位素分离、氢提纯和氢汽车等。 放氢,吸热 吸氢,放热 　　由上面的反应式可知，贮氢材料最佳特性是在实际使用的温度、压力范围内，以实际使用的速度，可逆地完成氢的贮存释放。 　　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。 　　总之，金属(合金)氢化物能否作为能量贮存、转换材料取决于氢在金属(合金)中吸收和释放的可逆反应是否可行。 　　氢在金属合金中的吸收和释放又取决于金属合金和氢的相平衡关系。 　　影响相平衡的因素为温度、压力和组成成分，这些参数就可用于控制氢的吸收和释放过程。 1.10、储氢材料应具备的条件 　　① 易活化，氢的吸储量大； 　　② 用于储氢时生成热尽量小，而用于蓄热时生成热尽量大； 　　③ 在一个很宽的组成范围内，应具有稳定合适的平衡分解压(室温分解压2~3atm)； 　　④ 氢吸收和分解过程中的平衡压差(滞后)小； 　　⑤ 氢的俘获和释放速度快； 　　⑥ 金属氢化物的有效热导率大； 　　⑦ 在反复吸、放氢的循环过程中，合金的粉化小，性能稳定性好； 　　⑧ 对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力强； 　　⑨ 储氢材料价廉。 1.11 影响储氢材料吸储能力的因素 　　① 活化处理 　　制造储氢材料时，表面被氧