[精品]儲氫材料發(fā)展現(xiàn)狀

1、儲氫材料發(fā)展現(xiàn)狀儲氫材料發(fā)展現(xiàn)狀摘要?dú)淠茏鳛橐环N清潔、高效、安全、可持續(xù)的新能源，被 視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，氫的存儲是目前制約氫能發(fā) 展的關(guān)鍵因素之一。本文主要介紹了儲氫合金、碳質(zhì)儲氫材料、絡(luò)合 物儲氫材料、改性四氧化三鐵儲氫材料等數(shù)種儲氫材料的發(fā)展現(xiàn)狀， 簡單介紹其儲氫機(jī)理和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞儲氫材料；綜述；發(fā)展現(xiàn)狀中圖分類號：tg139. 7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：.氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的新能源，被視為21世紀(jì) 最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，人類對氫能?yīng)用自200年前就產(chǎn)生了興趣, 到20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國家和地區(qū)就廣泛開展了氫能研 究。現(xiàn)如今，氫能已經(jīng)在

2、航空航天領(lǐng)域有了較為成熟的應(yīng)用，氫能在 小汽車、卡車、公共汽車、出租車、摩托車和商業(yè)船上的應(yīng)用也已經(jīng) 成為焦點(diǎn)。其在市于氫易氣化、著火、爆炸，因此如何妥善解決氫能 的貯存和運(yùn)輸問題也就成為開發(fā)氫能的關(guān)鍵，廣大專家學(xué)者對儲氫技 術(shù)、儲氫材料的研究也從未中斷過，換言之，安全可靠的貯氫和輸氫 方法是氫能發(fā)揮其優(yōu)勢的必要條件。傳統(tǒng)的儲氫手段（如高壓氣態(tài)儲 氫、低溫液態(tài)儲氫等）存在單位體積存儲量低、安全隱患大等問題。 另一種儲氫方式是利用儲氫材料儲氫，主要包括儲氫合金儲氫、配位 氫化物儲氫、碳質(zhì)材料儲氫、有機(jī)液體氫化物儲氫、多孔材料儲氫等。 本文對目前主要新型儲氫材料的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對未來的儲

3、氫材料進(jìn)行了展望。1儲氫合金儲氫合金在一定溫度和壓力下，能可逆地吸收、儲存和釋放h2,耳前應(yīng)用廣泛。11稀土系儲氫合金在稀土金屬中加入某些第二種金屬形成合金后，能夠在較低溫度下實(shí)現(xiàn)吸氫，人們通常將這種合金稱為稀土儲氫合金。 lani5是應(yīng)用較早的稀土儲氫合金，市飛利浦公司于1969年首先發(fā) 現(xiàn)，具有吸放氫溫度低、速度快、平衡壓差小、易于活化、不易中毒 等優(yōu)點(diǎn)。稀土儲氫材料應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)中的冶金、石油化工、光學(xué)、 磁學(xué)、電子、生物醫(yī)療和原子能工業(yè)的各大領(lǐng)域的30多個行業(yè)，但主要應(yīng)用領(lǐng)域是高性能充電電池一銀氫電池。1.2鎂系儲氫合金美國布魯克-海文國家實(shí)驗(yàn)室最早開始研究鎂基儲氫材料，并通過將鎂和鎳

4、混合熔煉合成mg2ni合金，其在2mpa、300°c條件下能 夠與氫化合生成mg2niii4o在后續(xù)的研究中，人們不斷通過形成納米 晶、非晶結(jié)構(gòu)的mg2ni合金來改善mg2ni合金的吸放氫性能。在mg2ni 合金添加諸如銅、鋅、猛、珞、鐮、飢等笫三種元素也有助于性能改 善，有些元素可以使吸放氫溫度進(jìn)步降低，有些則改善了吸放氫 的動力學(xué)性能。同吋，人們開始研究不含鐮的鎂基合金，其中以鎂一 鋁系、鎂一鋼系的研究最為廣泛。13鈦系儲氫合金鈦系儲氫合金具有防氫溫度低（可在一30c下實(shí)現(xiàn)放氫）、成本低的優(yōu)點(diǎn)， 但同吋不易活化、易中毒、滯后現(xiàn)象比較嚴(yán)重。最常用的是鈦鐵，正 在研究開發(fā)和應(yīng)用的有：

5、鈦猛、鈦鎳、鈦輅、鈦鏈、珞猛系等合金。 它們都是脆性金屬問化合物，使用壽命可達(dá)25000次循環(huán)以上，并保 持性能基本不變，但反復(fù)循環(huán)吸、放氫后有粉化現(xiàn)象。為了改善性能 并易于活化，隨后又發(fā)展了鈦鐵猛儲氫材料，如ti44fe51mn5,可在 室溫條件下實(shí)現(xiàn)活化。2碳質(zhì)儲氫材料碳質(zhì)儲氫材料是通過吸附作用進(jìn)行儲氫的，其實(shí)質(zhì)是一種物理儲氫方法。碳質(zhì)儲氫材料 主要是高比表面積活性炭、石墨納米纖維（gnf）和碳納米管（cnt ）。 2.1高比表面積活性炭比表面積高的活性炭，單位質(zhì)量表面積比常規(guī)活性炭大得多，吸附儲氫性能自然也較常規(guī)活性炭優(yōu)越。在適 度壓力、低溫條件下，活性炭吸氫量隨溫度的降低而急劇增大。比

6、表 面積高的活性炭通過macs處理，即表面酸性（一般用naoh）和金屬（pd）改性處理，其吸附儲氫能力至少可提高20wt%o活性炭吸附儲 氫較適合于規(guī)模較大的儲氫系統(tǒng)，應(yīng)用到工程上可作為汽車燃料的低 壓儲氫系統(tǒng)。高比表面積活性炭由于吸氫量大、可重復(fù)使用，具有良 好的應(yīng)用前景，目前要使其大量應(yīng)用于工業(yè)，必須克服吸氫溫度低這 一缺點(diǎn)，通過改性實(shí)現(xiàn)常溫下儲氫。2.2碳纖維 碳纖維儲氫的原理與高比表面積活性炭有類似之處，其內(nèi)部中空，表面則形成 很多分子尺寸的微孔，導(dǎo)致很大的比表面積。但實(shí)際吸氫過程不止存 在物理吸附作用，現(xiàn)今的研究也不能完全準(zhǔn)確的解釋吸氫過程中的納 米孔中發(fā)生的物理化學(xué)作用。納米碳纖維

7、的研究中，中科院金屬研究所范月英等自制的納米碳纖維實(shí)現(xiàn)了約10%-12% （wt）的儲氫容量。 許多研究中，儲氫容量已經(jīng)接近國際能源協(xié)會（iea）規(guī)定的未來新 型儲氫材料的儲氫量標(biāo)準(zhǔn)，因而具有良好的應(yīng)用前景。2. 3碳納米管碳納米管為一維納米材料，主要由呈六邊形排列的碳原了構(gòu)成數(shù)層到數(shù)i 層的同軸圓管，由日本電了公司（nec）的飯島博 士發(fā)現(xiàn)。碳納米管由于重量輕，且具有獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于儲氫 效果顯著，儲存的氫氣的密度堪比液態(tài)和固態(tài)氫。但在大量的研究中, 很多研究者認(rèn)為碳納米管儲氫最多為1% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)），因此其大量應(yīng) 用于儲氫的可能性不大。3絡(luò)合物儲氫材料目前研究最廣泛的絡(luò)合物儲氫材料主

8、要為naalh4,在溫度超過200°c吋，n&a1h4 能夠分解出氫氣，理論計(jì)算的氫氣放出量約為6. 9%o如能克服溫度 的影響，實(shí)現(xiàn)較低溫度下的反應(yīng)可逆化，就能通過n&a1ii4來實(shí)現(xiàn)吸 放氫過程。有研究者通過在naalh4加入少量ti4+、fe3+離了使上述 分解反應(yīng)的溫度有效降低，若反應(yīng)溫度進(jìn)一步降低甚至實(shí)現(xiàn)可控，那 么naalh4作為新一代的儲氫材料將具有良好的應(yīng)用前景。4改性四氧化三鐵儲氫材料西北大學(xué)王小芳等人對改性四氧化三鐵儲氫材料做了深入的研究，并介紹了其制備過程及性能分析。fe304 儲-放氫原理如下：第步氫的儲存（還原）：fe304+4ii2->

9、;3fe+4ii2o （初始態(tài)反應(yīng)為:fe203+3ii2-2fe+3ii20） 第二步氫的放出（氧化）：3fe+4h20-fe304+4h2 王小芳等人通 過改進(jìn)制備方法和添加催化劑對材料進(jìn)行進(jìn)一步改性。在金屬離子添 加劑對fe304儲氫材料儲氫性能的影響的實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)mo, al, cr和w均對fe304具有催化改性作用，其中mo的催化改性作用最好， a1次z。最終制備的添加了 mo金屬離子的fe304放氫溫度最低，為 310314°c （在放氫速率為300 uniol min-1fe-g-l吋），低于 冃前同類最好的儲氫材料近50°c左右，并且已接近iea標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)1李中秋，張文麗.儲氫材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀j化工新型材料，2005,33 （10）：38-402鄧安強(qiáng)，樊靜波,趙瑞紅，夏廣軍，錢克農(nóng).儲氫材料的研究進(jìn)展j化工新型材 料，2009, 37 （12）： 8-103房文斌，張文叢，于振興,王爾德鎂基儲氫材料的研究進(jìn)展j中國有色金屬