氢储存运输及加注技术教学课件：1.5固态储运氢.pptxVIP

固态储运氢

通过物理或化学方式利用储氢材料将氢固化在材料中，与气态储氢和液态

储氢相比，储运容器中仅存在极少量传统意义上的单质氢气。

氢储存Ø安全性高

运输Ø运维成本低

固态储氢材料金属氢化轻金属配物理吸

物材料位氢化物附材料

物理吸附储氢材料Ø通过范德华力将氢分子可逆地吸附在比表面积高的多孔

材料。

化学吸附储氢材料Ø氢一般是以离子键或共价键与其他元素结合，生成金属

氢化物等材料，在一定条件下可逆地吸收和释放氢气。

储氢合金金属氢化物配位氢化物氨硼烷及其衍生物

物理吸附储氢材料Ø通过范德华力将氢分子可逆地吸附在比表面积高的多孔

材料。

碳基材料石墨活性炭碳纳米管

无机多孔材料沸石金属有机骨架化合物

大多数物理吸附类材料在较低的温度下才能达到一定的储氢密度，常温常压

下吸氢量很低，因此限制了其应用。

储氢合金及

金属氢化物储氢材料

金属（合金）

金属（合金）储氢的工作原理晶格间隙则用来作为空位储存氢原子

在一定温度和氢气压力条件下，一些金属材料能够大量“吸收”氢气，即与氢

反应生成金属氢化物，同时放出热量。

加热时

u金属氢化物又会分解并将储存的氢释放出来。

u氢气的“吸收”和“释放”过程是可逆的，

可以重复循环进行。

第一步

在范德华力作用下，氢气首先被吸附于金属表面，在表面金属原子作用

下，H2解离为H原子。

第二步

H原子从表面向金属内部扩散，进入金属原子结构间隙。

第三步

随着体相中H原子浓度的持续增长，在金属晶格中开始形成α相固溶体。

第四步

氢原子浓度继续增加，其在α相固溶体中固溶度饱和后，发生化学反应，

产生β相金属氢化物，氢化反应完成。

多数金属氢化物吸氢反应是可逆反应

脱氢反应步骤：是上述步骤的逆过程

什么是配位氢化物呢？

是一种中心原子与氢原子以共价键的形式形成阴离子配位基团，再与金

属离子形成的配位化合物。

铝氢化物硼氢化物氮氢化物

理论质量储氢密度较高；

放氢过程中会产生NH3等杂质气体，需通过吸附等方式提纯。

金属硼氢化物放氢反应复杂

Ø需要在300℃的高温条件下经过多步反应才能放氢，放氢速率较慢，且循

环稳定性较差。

改善硼氢化物储氢性能的方法：

Ø包括元素替代和复合。

理论质量储氢密度较高；

放氢过程中会产生NH3等杂质气体，需通过吸附等方式提纯。

金属硼氢化物放氢反应复杂

Ø需要在300℃的高温条件下经过多步反应才能放氢，放氢速率较慢，且循

环稳定性较差。

改善硼氢化物储氢性能的方法：

Ø通过催化剂掺杂或原位反应生成的活性物质来提供足够

活性反应点来提高反应动力学。

理论质量储氢密度较高；

放氢过程中会产生NH3等杂质气体，需通过吸附等方式提纯。

金属硼氢化物放氢反应复杂

Ø需要在300℃的高温条件下经过多步反应才能放氢，放氢速率较慢，且循

环稳定性较差。

改善硼氢化物储氢性能的方法：

Ø通过减少颗粒尺寸、优化材料结构和纳米限域的方式，

提高体系热力学和动力学性能。

氨硼烷及

其衍生物储氢材料

氨硼烷理论含氢量Ø高达19.6%

放氢方式

氨硼烷在室温下需要合适的催化剂存在才能脱氢。

Ø贵金属Ø非贵金属催化剂

适用于氨硼烷水解反应的催化剂

Ø非贵金