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第四章 贮氢合金 氢－二十一世纪 的绿色能源 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！！！（科技日报，2004年2月25日，第二版） 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！！！ 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 实现氢能经济的关键技术 廉价而又高效的制氢技术 安全高效的储氢技术－开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急 车用氢气存储系统目标： IEA: 质量储氢容量5%; 体积容量50kg(H2)/m3 DOE : 6.5%, 62kg(H2)/m3 不同储氢方式的比较 体积比较 氢含量比较 储氢材料技术现状 金属氢化物 配位氢化物 纳米材料 金属氢化物储氢 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 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) 金属配位氢化物的的主要性能 碳纳米管（CNTs） 1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs 纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河 纳米碳管吸附储氢： 纳米材料储氢存在的问题： 世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt ） %-67 （wt ） %,如何准确测定？ 储氢机理如何 Mg2Ni0.95Cr0.05的氢化速度和分解速度均得到改善，氢压为4个大气压和296℃条件下可形成氢化物Mg2Ni0.95Cr0.05H3.9。 结束语－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 大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究, 碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个问号 氢能之路－前途光明，道路曲折！ 特定的多组元成分范围——在一定的成分范围内，可按不同用途设计不同的合金成分，来满足高容量、高放电率、长寿命、低成本等不同要求。 合金化特点： 多元合金化——单独应用Ti、Zr、V时，均不适于电池中使用，通过添加Ni和Cr，使这些特性得以平衡，获得极好的综合性能。 贮氢合金 第二节 贮氢合金材料 这类合金的电化学容量很高，可达320~400mAh/g，氧化性能和腐蚀性能也能适应电池应用。用这类合金制作的电池，充放电循环寿命长，并具有快速充电能力和耐过充电能力。该类合金的制造成本不高，易于大量生产，并具有进一步开发的前景。 贮氢合金 第二节 贮氢合金材料 三、镁系贮氢合金 地壳中贮藏量丰富，价格便宜 氢吸、放动力学性能差：释放温度高，250℃以上，反应速度慢，氢化困难 贮氢合金 第二节 贮氢合金材料 密度小，仅为1.74g/cm3 优点： 贮氢容量高，MgH2的含氢量达3.6% 缺点： 抗蚀能力差，特别是作为阴极贮氢合金材料。 贮氢合金 第二节 贮氢合金材料 Mg2Ni 两种改良型： Mg2-xMxNi （M＝Ca、Al） 优点：易形成氢化物，分解反应速度比Mg2Ni增大40％以上；通过控制Al、Ca与Mg的置换量，可以调节平衡压 Mg2Ni1-xMx （M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等） 优点：氢化速度和分解速度均得到显著提高 贮氢合金 第二节 贮氢合金材料 例如： Zr系AB2型合金（例如ZrMn2），具有立方晶系结构，其晶胞体积比六方晶系的AB5型稀土合金大将近一倍。 因此，贮氢量一般比AB5型合金大，平衡分解压较低。但其P-C-T等温线的平衡压力随吸氢量的增加而升高（这个特点对于镍氢电池方面的应用无太大影响）。 贮氢合金 第二节 贮氢合金材料 四、锆系贮氢合金 Zr（Mn，Ti，Fe）2和Zr（Mn，Co，Al）2合金适于作热泵材料。Laves相确有较好的吸氢能力，但因易形成稳定的氢化物，使其放氢性差。 贮氢合金 第二节 贮氢合金材料 因而，如何提高Laves相的放氢性成为该类合金能否取代LaNi5系列的关键。目前多数研究者采用添加微量元素形成第二相沉积在晶界或