储氢合金hydrogenstoragealloys

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1、小组成员：小组成员：储氢合金储氢合金 hydrogen storage alloys储氢合金储氢合金 hydrogen storage alloys氢能开发 应运而生 大势所趋1.氢是自然界中最普遍的元素，氢的来源非常丰富，氢是自然界中最普遍的元素，氢的来源非常丰富，若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭。不存在枯竭问题2.氢的热值高，燃烧氢的热值高，燃烧1千克氢可放出千克氢可放出62.8千焦的热量，千焦的热量，1千克氢可以代替千克氢可以代替3千克煤油，燃烧产物是水千克煤油，燃烧产物是水零排放，无污染，可循环利用。3.氢的利用途径多燃烧放热或电化学

2、发电4.氢气的存储方式多氢气的存储方式多气体，液体或固体化合物 5.可可直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽车车氢气储存与储氢合金氢气储存与储氢合金v在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。储氢合金储氢合金在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、储存和释放氢气的合金材料。储存和释放氢气的合金材料。储氢合金的单位体积储储氢合金的单位体积储氢密度，是相同温度、氢密度，是相同温度、压力条件下气态氢的压力条件下气态氢的1000倍倍一个金属原子能与两个、三个甚至更多的氢原一

3、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，同时放出热子结合，生成稳定的金属氢化物，同时放出热量。量。将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收的氢释放出来，同时吸收热量。的氢释放出来，同时吸收热量。6 储氢原理储氢原理22H2H)MHMH2xxQ 放热（吸入）吸热（放出Chapter6 Metallic Materialsv有效地利用金属与氢的可逆反应，就可实现化学能有效地利用金属与氢的可逆反应，就可实现化学能(氢氢)、热、热能能(反应热反应热)和机械能和机械能(平衡氢压平衡氢压)间的相互转换。间的相互转换。7合金的吸氢反应机理合

4、金的吸氢反应机理 H2传质传质 化学吸附氢的解离化学吸附氢的解离H22Had 表面迁移表面迁移 吸附的氢转化为吸收氢吸附的氢转化为吸收氢Had Habs 氢在氢在相的稀固溶体中相的稀固溶体中扩散扩散 相转变为氢化物（相转变为氢化物（相）相）Habs()Habs()氢在氢在相中扩散。相中扩散。Chapter6 Metallic Materials8氢原子在合金晶格中形成固溶体氢原子在合金晶格中形成固溶体Chapter6 Metallic Materials 氢同金属或合金氢同金属或合金反应，氢侵入其晶反应，氢侵入其晶格间位置里，金属格间位置里，金属晶格可看成是容纳晶格可看成是容纳氢原子的容器。在

5、氢原子的容器。在面心立方体晶格和面心立方体晶格和体心立方体晶格中，体心立方体晶格中，六配位的八面体晶六配位的八面体晶格间位置和四配位格间位置和四配位的四面体晶格间位的四面体晶格间位置是氢稳定存在的置是氢稳定存在的2个位置。个位置。合金中氢的位置合金中氢的位置9Chapter6 Metallic Materials合金中氢的位置合金中氢的位置v大多数金属在氢化反应过程中，其晶格要发生重新排列，产生与金属晶大多数金属在氢化反应过程中，其晶格要发生重新排列，产生与金属晶格不同的结构。氢原子进入金属中，有格不同的结构。氢原子进入金属中，有3种存在状态：种存在状态：以中性原子以中性原子(或分子或分子)形

6、式存在；形式存在；放出放出1个电子后，氢本身变为带正电荷个电子后，氢本身变为带正电荷的质子的质子(H+)；获得多余电子后变为氢阴离子获得多余电子后变为氢阴离子(H-)。v金属形成氢化物后，氢化物中金属形成氢化物后，氢化物中的金属晶格结构有和金属相一样的金属晶格结构有和金属相一样的结构，也有变为与金属相完全的结构，也有变为与金属相完全不同的另一种结构。前者称为溶不同的另一种结构。前者称为溶解间隙型，如解间隙型，如PdH和和LaNi5H系等，后者为结构变态型，如系等，后者为结构变态型，如TiH和和Mg2NiH系等。系等。实用要求：实用要求：容易活化；容易活化；储气容量高；储气容量高；吸放氢速度快；

7、吸放氢速度快；反复吸放氢循环时不易粉化，性能不退化；反复吸放氢循环时不易粉化，性能不退化；有合适的吸放氢平台压力；有合适的吸放氢平台压力；吸放氢过程中的平衡氢压差小，即滞后现象弱；吸放氢过程中的平衡氢压差小，即滞后现象弱；有确定的化学稳定性；有确定的化学稳定性；对杂质敏感程度低；对杂质敏感程度低；原料资源丰富，价格低廉；原料资源丰富，价格低廉；用作电极材料时具有良好的耐腐蚀性。用作电极材料时具有良好的耐腐蚀性。10储氢合金的开发储氢合金的开发Chapter6 Metallic Materialsv贮氢合金能解决氢气的安全贮存和运输问题。贮氢合金能解决氢气的安全贮存和运输问题。最早发现的是金属钯

8、，最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。铷镧镍金属间化合物：每克镧镍合但钯很贵，缺少实用价值。铷镧镍金属间化合物：每克镧镍合金能贮存金能贮存0.157升氢气，略为加热，就可以使氢气重新释放出升氢气，略为加热，就可以使氢气重新释放出来。来。LaNi5是镍基合金，铁基合金可用作储氢材料的有是镍基合金，铁基合金可用作储氢材料的有TiFe，每克每克TiFe能吸收贮存能吸收贮存0.18升氢气。其他还有镁基合金，如升氢气。其他还有镁基合金，如Mg2Cu、Mg2Ni等，都较便宜。等，都较便宜。储氢合金种类系列系列代表合金代表合金扩展系列扩展系列

9、AB5LaNi5，MmNi5A1-xNxB5-yMy （x1，y5）AB2TiCr2，TiMn2A1-xNxB2-yMy （x1，y2）ABTiFe，TiNiA1-xNxB1-yMy （xl，y1）A2BMg2Ni，Ti2NiA2-xNxB1-yMy （x2，y1）11可以在工程上应用的合金基本上都是金属间化合物，已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确认有应用前景的共有四类A及及N吸氢量较大的金属吸氢量较大的金属(A，B，B，B族金属族金属)B及及M过渡金属过渡金属（B，B，B，B，A，A族）族）Mm 混合稀土金属混合稀土金属Chapter6 Metall

10、ic Materials碳纳米管迄今为止最好的储氢材料12碳纳米管储氢示意图（碳纳米管储氢示意图（红点为氢原子红点为氢原子）Chapter6 Metallic Materials13贮氢材料的应用贮氢材料的应用 贮氢容器贮氢容器 重量轻、体积小重量轻、体积小氢以金属氢化物形式存在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、压力条件于贮氢合金之中，密度比相同湿度、压力条件下的气态氢大下的气态氢大1000倍倍；节省能量，安全可靠节省能量，安全可靠用贮氢合金贮氢，无用贮氢合金贮氢，无需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。Application 贮氢

11、容器贮氢容器 Chapter6 Metallic Materials14Example贮氢合金制作的贮氢装置贮氢合金制作的贮氢装置Chapter6 Metallic Materials700标准大气压的储氢罐标准大气压的储氢罐装到容器中的贮氢合金采用贮氢量为装到容器中的贮氢合金采用贮氢量为2.7%重量、合金密度为重量、合金密度为5g/cm3的材料。的材料。对能够贮入对能够贮入5kg氢气的容器条件进行了推算。与压力相同（但没有采用贮氢气的容器条件进行了推算。与压力相同（但没有采用贮氢合金）的高压容器相比，重量增加了氢合金）的高压容器相比，重量增加了30%50%，但是能够将体积缩小，但是能够将体积

12、缩小30%50%。15Example在高压容器中装入贮氢合金的在高压容器中装入贮氢合金的“混合贮氢容器混合贮氢容器”Chapter6 Metallic Materials16H2的回收与纯化的回收与纯化 H2的回收与纯化的回收与纯化 用铀回收氘的捕集器用铀回收氘的捕集器Chapter6 Metallic Materialsv氚氚氢的同位素之氢的同位素之一，原子量为普通氢的一，原子量为普通氢的三倍。有放射性。原子三倍。有放射性。原子核有一个质子，两个中核有一个质子，两个中子。应用于热核反应。子。应用于热核反应。旧称旧称“超重氢超重氢”。元素。元素符号符号3H或或Tv氘氘氢的同位素氢的同位素,它的

13、原子核由一颗它的原子核由一颗质质子子和一颗和一颗中子中子组成。组成。其原子量为普通轻氢其原子量为普通轻氢的二倍的二倍,少量的存在于少量的存在于天然水中天然水中,用于核反应用于核反应,并在化学和生物学的并在化学和生物学的研究工作中作示踪原研究工作中作示踪原子子 deuterium亦亦称称“重氢重氢”,元素符号元素符号D17氢化物电极氢化物电极 氢化物负电极氢化物负电极 Ni、MHx电池充放电过程示意图电池充放电过程示意图Chapter6 Metallic Materialsv(1)比能量为比能量为NiCd电他的电他的1.5-2倍；倍；v(2)无重金属无重金属Cd对人体的危害；对人体的危害；v(3

14、)良好的耐过充、放电性能；良好的耐过充、放电性能；v(4)无记忆效应；无记忆效应；v(5)主要特性与主要特性与NiCd电他相近，可电他相近，可以互换使用。以互换使用。优点优点18镍氢电池结构镍氢电池结构Chapter6 Metallic Materials功能材料功能材料 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、气体压缩机等方用于热泵、贮热、空调、制冷、水泵、气体压缩机等方面。面。19 功能材料功能材料 功能转换机制功能转换机制Chapter6 Metallic Materials 利用储氢合金的放利用储氢合金的放热热吸热循环，吸热循环，可进行热的储存和可进行热的储存和传输，制造制冷或传输，制造制冷或采暖设备采暖设备20利用储氢合金制造的制冷机利用储氢合金制造的制冷机Chapter6 Metallic Materials