储氢材料综述

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1、2021/7/11 储氢材料研究概况 2021/7/12目录n储氢材料的要求n储氢材料的分类n小结 2021/7/13储氢材料的要求n单位质量、单位体积吸氢量高n不易于空气中的气体反应n用于储氢时生成热小n反复吸放氢时粉化倾向小n成本低2021/7/14储氢材料分类n物理方式储氢n化学方式储氢2021/7/15物理方式储氢活性炭、碳纳米材料等利用物理吸附储氢。n活性炭 所需温度低,研究的重点是提高储氢温度。n碳纳米材料 碳纳米材料包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等。 碳纳米纤维吸氢量可达5wt%10wt%。 碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，纯单壁碳纳米管的常温储氢容量高达5wt%10w

2、t%。缺点是成本过高。2021/7/16化学方式储氢n金属（合金）储氢材料n络合氢化物储氢材料2021/7/17金属（合金）储氢材料金属（合金）储氢材料与氢反应：M金属或者合金吸氢放热，放氢吸热由P-C-T曲线图可知，反应进行的方向取决于温度和氢压力。nMHHnM22P-C-T曲线图12021/7/18金属（合金）储氢材料分类：nA5BnA2BnABnAB2nV和V基固溶体A元素：容易形成稳定氢化物的放热型金属B元素：难于形成氢化物的吸热型金属2021/7/19AB5型n典型代表：LaNi5室温下，与几个大气压的氢反应： LaNi5+3H2 LaNi5H6储氢量约1.4wt。优点：吸氢量大、易

3、活化、不易中毒、平衡压力适 中、滞后小、吸放氢快等。缺点：易粉化、成本高。2021/7/110A2B型n典型代表：Mg2Ni在1.4 MPa、200条件下：Mg2Ni+2H2 Mg2NiH4储氢量约3.6wt。 优点：密度小、储氢容量高、价格低廉、资源丰富。 缺点：活化困难，反应速度慢，放氢温度高。2021/7/111AB型n典型代表：TiFe室温下，平衡氢压为0.3MPa储氢量约1.86wt%。优点：储氢量大，放氢温度低,价格低廉，资源丰富。缺点：活化困难，滞后较大，易中毒，反复吸氢性能降。2021/7/112AB2型n典型代表：ZrMn2 储氢量约1.8wt%。 优点：储氢量大、易活化、反

4、应速度快。 缺点：氢化物生成热大，吸放氢平台压力低，成本高。2021/7/113V和V基固溶体n典型代表：(V0.9Ti0.1)0.95Fe0.05储氢量约3.7wt%。优点：储氢密度较大，平衡压适中，能在室温条件下大量储氢，尤其是抗粉化性能好缺点：合金熔点高、价格昂贵、制备相对比较困难、对环境不太友好、不适合大规模应用2021/7/114n改变化学计量n元素替代金属储氢材料的改良：2021/7/115络合氢化物概念：碱金属和碱土金属与氢化合形成配位氢化物。优点：质量储氢密度高缺点：(1)放氢动力学和可逆吸放氢性能差。(2)配位氢化物放氢一般多步进行，每步放氢条件不一样，因此，实际储氢量和理论

5、值有较大差别。常见的有：铝氢化物 硼氢化物 氮氢化物2021/7/116铝氢化物典型代表：LiAlH4第三步反应温度在400以上，明显不适合车载使用。因此以前两步为主，放氢量约7.9wt%2021/7/117硼氢化物典型代表：LiBH4LiBH4 LiH+B+3/2H2 （600K）H=69kJ/molH2放氢量约13.8wt%。LiBH4中加入LiNH2反应如下：LiBH4+2LiNH2 Li3BN2+4H2 （450K）H=-23kJ/molH2。放氢量约7.9wt%9.5wt%。2021/7/118氮氢化物典型代表:LiNH2Li3N+2H2 LiH+Li2NH+H2 LiNH2+2Li

6、H 储氢量约10.5wt%2021/7/119氨硼烷氨硼烷(NH3BH3)NH3BH3 (NH2BH2)n+H2 ( 70-112)(NH2BH2)n (NHBH)n+nH2(155-350)(NHBH)n nBN+n/2H2 (大于350）前两步放氢量约10wt%。难点是实现低温脱氢和抑制杂质副产物2021/7/120n掺杂掺杂改善了配位氢化物的脱氢性能.4K2TiF6掺杂NaAlH4体系与纯NaAlH4脱氢相比, 动力学性能显著提高络合氢化物性能改善KK2TiF6掺杂NaAlH4与纯NaAlH4样品的脱氢曲线32021/7/121n阴阳离子替代 阴阳离子替代改善价键结合能价键结合能，进而改

7、善热稳定性和动力学性能4阳离子替代 用Li原子部分替代对Na3AlH6中的Na原子,形成Na2LiAlH6,该氢化物平台压降低。阴离子替代 用F原子部分替代Na3AlH6中的H原子,形成Na3AIH6-xFx,该氢化物展现了较好的平台性能。2021/7/122n氢化物反应失稳 氢化物反应失稳是通过添加适当的反应物来改变氢化物的原有分解路径,以形成更加稳定的脱氢产物。4AH2+BABx+xB反应焓较小,从而降低了氢化物的分解温度,且易于可逆加氢反应的进行 不同脱氢反应路径焓变示意图32021/7/123小结n金属（合金）储氢存在着储氢量低等问题，常用改变元素化学计量比、元素替代等方法改善其性能。

8、n络合氢化物储氢量高，但是放氢困难，常用掺杂等方法改善其性能。2021/7/124参考文献1胡子龙. 贮氢材料M. 北京：化学工业出版社, 2002.2Liu Y,Chu L,Zhou H,Gao M,Wang Q.A novel catalyst precursor K2YiF6 with remarkable synergetic effects of K,Ti and F together on reversible hydrogen storage of NaAlH4J.Chem.Commun,2011,47:1740-1742.3Vajo J J,Olson G L.Hydrogen storage in destabilized chemical systemsJ.Scripta Mater,2007,56:829-834.4李永涛.配位氢化物的储氢特性研究D.复旦大学,2011.2021/7/125谢谢观看 若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！