儲(chǔ)氫材料研究進(jìn)展課件

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研究背景技術(shù)現(xiàn)狀分析研究進(jìn)展

金屬氫化物復(fù)雜金屬氫化物碳基儲(chǔ)氫材料金屬有機(jī)骨架

Li-N基儲(chǔ)氫材料氨-硼烷復(fù)合物

展望目錄研究背景研究背景―氫的儲(chǔ)存是氫能應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)―.儲(chǔ)存輸運(yùn)生物質(zhì)電能風(fēng)能太陽(yáng)能煤核能天然氣石油綠色能源能源轉(zhuǎn)化效率高50%研究背景―氫的儲(chǔ)存是氫能應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)―.儲(chǔ)存生物質(zhì)電能煤現(xiàn)有的儲(chǔ)氫方法都不能滿足對(duì)于儲(chǔ)氫的安全高效、高密度、輕重量、低成本等要求！―在新概念指導(dǎo)下研發(fā)新的儲(chǔ)氫材料和儲(chǔ)氫技術(shù)是將氫能應(yīng)用推向規(guī)模化和實(shí)用化的關(guān)鍵―金屬氫化物復(fù)雜金屬氫化物碳基儲(chǔ)氫材料金屬有機(jī)骨架Li-N基材料NH3BH3DOE(2010)<100℃6.0wt%45kg/m3技術(shù)現(xiàn)狀分析現(xiàn)有的儲(chǔ)氫方法都不能滿足對(duì)于儲(chǔ)氫的安全高效、高密度、輕重量、金屬氫化物A2B型Mg-Ni系合金:Mg2NiAB5型稀土系合金：LaNi5

AB2型Zr(Ti)系Laves相合金

AB型Ti-Fe系合金:TiFeAB3型非化學(xué)計(jì)量比La-Mg-Ni等系合金

金屬氫化物A2B型Mg-Ni系合金:Mg2Ni金屬氫化物T.Kujietal,J.AlloysCompd.,2003,356–357:456H.Wangetal,Int.J.HydrogenEnergy,2004,29:1389

圖1.MgTmV(Tm=Ni,Co等)合金的PC等溫線Tm=Ni圖2.Mg2.9Ni和Mg2.9Ni/MmM5合金的PCI曲線納米MgNiV合金在298K、3MPa下最大儲(chǔ)氫量2.3wt%Mg2.9Ni/MmM5

548K下最大儲(chǔ)氫量5wt％100oC下難于放氫吸放氫速度緩慢、動(dòng)力學(xué)性能差晶胞參數(shù)、組元及其含量等對(duì)合金吸放氫性能的影響有待于研究金屬氫化物T.Kujietal,J.Alloys復(fù)雜金屬氫化物NaAlH4:理論儲(chǔ)氫量5.5wt%采用適合摻雜劑(配比),可改進(jìn)儲(chǔ)氫動(dòng)力學(xué)性能且不降低儲(chǔ)氫密度摻雜劑形態(tài)及作用機(jī)理有待于研究復(fù)雜金屬氫化物:(AlH4)、(BH4)儲(chǔ)氫能耗低儲(chǔ)氫量大,儲(chǔ)氫密度高吸放氫動(dòng)力學(xué)性能有待于改進(jìn)在１００℃、10MPa,儲(chǔ)氫量達(dá)4.5wt%MaximilianFichtneretal,Mater.Sci.Eng.,B108(2004)42復(fù)雜金屬氫化物NaAlH4:復(fù)雜金屬氫化物:在１００℃、10Dillonetal(thermaldesorption)1997NatureSWNTs:5-10wt%H2，室溫，40MpaLiuetal1999ScienceSWNTs:4.2wt%H2，純度50%，室溫，10Mpa

YeetalSWNTs:8.25wt%H2，純度98%，80K，>12MpaZhuetal

MWNTs:2.67wt%H2，室溫，10Mpa碳基儲(chǔ)氫材料:實(shí)驗(yàn)研究堿金屬改性的碳納米管Chenetal.(純度99.99%)

1999Science

K改性的MWNT:14wt%H2，室溫，0.1Mpa

Li改性的MWNT:20wt%H2，653K，0.1MpaYangetal.(純度99.999%)K

改性的

MWNT:

1.8wt%H2Li

改性的

MWNT2.5wt%H2SWNTsMWNTsDillonetal(thermaldesorpti碳基儲(chǔ)氫材料:理論研究研究方法(單壁碳納米管)

巨正則系綜蒙特卡羅模擬(GCEMC)

基于緊束縛的自洽DFT理論(SCC-DFTB)

第一性原理

Methodwt%H2TPRzepka

MC1.3-2.577K10-20MPaLeeDFT5-10liquidN2TreasonableDarkrim

MC11.2477K10MPaWang

MC≤DOEtargetambienthigh文獻(xiàn)報(bào)道的儲(chǔ)氫量存在爭(zhēng)議(不可能超過(guò)1wt%)成本較高，循環(huán)性能研究較少儲(chǔ)氫機(jī)理有待于進(jìn)一步研究碳基儲(chǔ)氫材料:理論研究研究方法(單壁碳納米管)Metho金屬有機(jī)骨架(MOF)Zn:O:C:OmarM.Yaghietal.,Science,2003,300,1127

金屬中心連接有機(jī)配體改變有機(jī)配體控制孔徑大小,調(diào)節(jié)材料比面積和吸附等性質(zhì)儲(chǔ)氫量可達(dá)4.5wt%,但是儲(chǔ)氫溫度較低(77K)圖1.H2吸附等溫線(A)78K(B)298K金屬有機(jī)骨架(MOF)Zn:O:C:OmarM.YaghOmarM.Yaghietal.,JACS.,2004,126,5666最大吸氫量與每個(gè)配體結(jié)構(gòu)單元中有機(jī)環(huán)的數(shù)目成比例吸放氫后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定金屬有機(jī)骨架(MOF)圖1.H2吸附等溫線:77KOmarM.Yaghietal.,JACS.,2LiNH2+2LiHLi2NH+LiH+H2

Li2NH+LiH+H2Li3N+2H2(b)ChenPetal,Nature,2002,420,302H/Li-N-H00.51.01.52.02.53.03.54.00.0Pressure(bar)1000.11101000.11100.1110100Li2NHRe-Li3NLi3NDes.Ab.Des.Des.Ab.Ab.255oC圖2.Li3N和Li2NH的P-C-T曲線5.8wt%11.5wt%

Li-N基儲(chǔ)氫材料圖1.Li3N的TG結(jié)果100℃→170–210℃→255℃(9.3wt%)501502503504500246810DesorptionAbsorption

Wt%H2Temperature(oC)200℃(6.3wt%)→320℃(3wt%)

儲(chǔ)氫量大吸、放氫速度緩慢,動(dòng)力學(xué)性能差LiNH2+2LiHLi2NH+H3BNH3(l) H2BNH2(s)+H2(g) 6.49wt.%

xH2BNH2(s) (H2BNH2)x(s) (H2BNH2)x(s) (HBNH)x(s)+xH2(g) 6.94wt.%

總儲(chǔ)氫量13.43wt.%(HBMNH)x borazine+others BN+H2

儲(chǔ)氫量大氨等副產(chǎn)物毒害催化劑可逆性差NH3BH3(BA)儲(chǔ)氫量大NH3BH3(BA)圖2.不同溫度下1mol%H2PtCl6改性的ＢＡ放氫量圖１.SEM圖(a)BA,(c)1mol%H2PtCl6改性的ＢＡSaraDeBenedettoetal,ThermochimicaActa441(2006),184NH3BH3(BA)圖2.不同溫度下1mol%H2PtCl6改性的ＢＡ放小結(jié)儲(chǔ)氫技術(shù)分類優(yōu)缺點(diǎn)金屬氫化物安全性強(qiáng),吸放氫易于控制，動(dòng)力學(xué)性能差復(fù)雜金屬氫化物儲(chǔ)氫量大、動(dòng)力學(xué)性能差，儲(chǔ)氫機(jī)理研究不足碳基儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫量難重復(fù),成本高,儲(chǔ)氫機(jī)理研究不足

金屬有機(jī)骨架可調(diào)節(jié)材料比面積等性質(zhì),儲(chǔ)氫溫度較低Li-N基材料儲(chǔ)氫量大，動(dòng)力學(xué)性能差氨-硼烷復(fù)合物儲(chǔ)氫量大,可逆性差,副產(chǎn)物毒害催化劑小結(jié)儲(chǔ)分類優(yōu)缺點(diǎn)金屬氫化物安全性強(qiáng),吸放氫易于控制，動(dòng)力學(xué)性儲(chǔ)氫新材料擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題高性能儲(chǔ)氫材料的研究與發(fā)展廣泛探索新的儲(chǔ)氫材料，主要立足于化學(xué)制備方法和途徑，發(fā)展高性能儲(chǔ)氫材料，同時(shí)為新材料的制備奠定基礎(chǔ)。氫的儲(chǔ)存機(jī)理研究從化學(xué)角度理解儲(chǔ)氫的本質(zhì)，為新材料的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。儲(chǔ)氫材料的大規(guī)模連續(xù)制備結(jié)合材料的探索研究，立足實(shí)用，發(fā)展制備技術(shù)。氫氣的儲(chǔ)存－釋放系統(tǒng)將氫氣的儲(chǔ)存與釋放作為整體，發(fā)展實(shí)用的儲(chǔ)氫系統(tǒng)。儲(chǔ)氫新材料擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題高性能儲(chǔ)氫材料的研究與發(fā)展儲(chǔ)氫材料研究進(jìn)展儲(chǔ)氫材料研究進(jìn)展目錄

研究背景技術(shù)現(xiàn)狀分析研究進(jìn)展

金屬氫化物復(fù)雜金屬氫化物碳基儲(chǔ)氫材料金屬有機(jī)骨架

Li-N基儲(chǔ)氫材料氨-硼烷復(fù)合物

展望目錄研究背景研究背景―氫的儲(chǔ)存是氫能應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)―.儲(chǔ)存輸運(yùn)生物質(zhì)電能風(fēng)能太陽(yáng)能煤核能天然氣石油綠色能源能源轉(zhuǎn)化效率高50%研究背景―氫的儲(chǔ)存是氫能應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)―.儲(chǔ)存生物質(zhì)電能煤現(xiàn)有的儲(chǔ)氫方法都不能滿足對(duì)于儲(chǔ)氫的安全高效、高密度、輕重量、低成本等要求！―在新概念指導(dǎo)下研發(fā)新的儲(chǔ)氫材料和儲(chǔ)氫技術(shù)是將氫能應(yīng)用推向規(guī)?；蛯?shí)用化的關(guān)鍵―金屬氫化物復(fù)雜金屬氫化物碳基儲(chǔ)氫材料金屬有機(jī)骨架Li-N基材料NH3BH3DOE(2010)<100℃6.0wt%45kg/m3技術(shù)現(xiàn)狀分析現(xiàn)有的儲(chǔ)氫方法都不能滿足對(duì)于儲(chǔ)氫的安全高效、高密度、輕重量、金屬氫化物A2B型Mg-Ni系合金:Mg2NiAB5型稀土系合金：LaNi5

AB2型Zr(Ti)系Laves相合金

AB型Ti-Fe系合金:TiFeAB3型非化學(xué)計(jì)量比La-Mg-Ni等系合金

金屬氫化物A2B型Mg-Ni系合金:Mg2Ni金屬氫化物T.Kujietal,J.AlloysCompd.,2003,356–357:456H.Wangetal,Int.J.HydrogenEnergy,2004,29:1389

圖1.MgTmV(Tm=Ni,Co等)合金的PC等溫線Tm=Ni圖2.Mg2.9Ni和Mg2.9Ni/MmM5合金的PCI曲線納米MgNiV合金在298K、3MPa下最大儲(chǔ)氫量2.3wt%Mg2.9Ni/MmM5

548K下最大儲(chǔ)氫量5wt％100oC下難于放氫吸放氫速度緩慢、動(dòng)力學(xué)性能差晶胞參數(shù)、組元及其含量等對(duì)合金吸放氫性能的影響有待于研究金屬氫化物T.Kujietal,J.Alloys復(fù)雜金屬氫化物NaAlH4:理論儲(chǔ)氫量5.5wt%采用適合摻雜劑(配比),可改進(jìn)儲(chǔ)氫動(dòng)力學(xué)性能且不降低儲(chǔ)氫密度摻雜劑形態(tài)及作用機(jī)理有待于研究復(fù)雜金屬氫化物:(AlH4)、(BH4)儲(chǔ)氫能耗低儲(chǔ)氫量大,儲(chǔ)氫密度高吸放氫動(dòng)力學(xué)性能有待于改進(jìn)在１００℃、10MPa,儲(chǔ)氫量達(dá)4.5wt%MaximilianFichtneretal,Mater.Sci.Eng.,B108(2004)42復(fù)雜金屬氫化物NaAlH4:復(fù)雜金屬氫化物:在１００℃、10Dillonetal(thermaldesorption)1997NatureSWNTs:5-10wt%H2，室溫，40MpaLiuetal1999ScienceSWNTs:4.2wt%H2，純度50%，室溫，10Mpa

YeetalSWNTs:8.25wt%H2，純度98%，80K，>12MpaZhuetal

MWNTs:2.67wt%H2，室溫，10Mpa碳基儲(chǔ)氫材料:實(shí)驗(yàn)研究堿金屬改性的碳納米管Chenetal.(純度99.99%)

1999Science

K改性的MWNT:14wt%H2，室溫，0.1Mpa

Li改性的MWNT:20wt%H2，653K，0.1MpaYangetal.(純度99.999%)K

改性的

MWNT:

1.8wt%H2Li

改性的

MWNT2.5wt%H2SWNTsMWNTsDillonetal(thermaldesorpti碳基儲(chǔ)氫材料:理論研究研究方法(單壁碳納米管)

巨正則系綜蒙特卡羅模擬(GCEMC)

基于緊束縛的自洽DFT理論(SCC-DFTB)

第一性原理

Methodwt%H2TPRzepka

MC1.3-2.577K10-20MPaLeeDFT5-10liquidN2TreasonableDarkrim

MC11.2477K10MPaWang

MC≤DOEtargetambienthigh文獻(xiàn)報(bào)道的儲(chǔ)氫量存在爭(zhēng)議(不可能超過(guò)1wt%)成本較高，循環(huán)性能研究較少儲(chǔ)氫機(jī)理有待于進(jìn)一步研究碳基儲(chǔ)氫材料:理論研究研究方法(單壁碳納米管)Metho金屬有機(jī)骨架(MOF)Zn:O:C:OmarM.Yaghietal.,Science,2003,300,1127

金屬中心連接有機(jī)配體改變有機(jī)配體控制孔徑大小,調(diào)節(jié)材料比面積和吸附等性質(zhì)儲(chǔ)氫量可達(dá)4.5wt%,但是儲(chǔ)氫溫度較低(77K)圖1.H2吸附等溫線(A)78K(B)298K金屬有機(jī)骨架(MOF)Zn:O:C:OmarM.YaghOmarM.Yaghietal.,JACS.,2004,126,5666最大吸氫量與每個(gè)配體結(jié)構(gòu)單元中有機(jī)環(huán)的數(shù)目成比例吸放氫后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定金屬有機(jī)骨架(MOF)圖1.H2吸附等溫線:77KOmarM.Yaghietal.,JACS.,2LiNH2+2LiHLi2NH+LiH+H2

Li2NH+LiH+H2Li3N+2H2(b)ChenPetal,Nature,2002,420,302H/Li-N-H00.51.01.52.02.53.03.54.00.0Pressure(bar)1000.11101000.11100.1110100Li2NHRe-Li3NLi3NDes.Ab.Des.Des.Ab.Ab.255oC圖2.Li3N和Li2NH的P-C-T曲線5.8wt%11.5wt%

Li-N基儲(chǔ)氫材料圖1.Li3N的TG結(jié)果100℃→170–210℃→255℃(9.3wt%)501502503504500246810DesorptionAbsorption

Wt%H2Temperature(oC)200℃(6.3wt%)→320℃(3wt%)

儲(chǔ)氫量大吸、放氫速度緩慢,動(dòng)力學(xué)性能差LiNH2+2LiHLi2NH+H3BNH3(l) H2BNH2(s)+H2(g) 6.49wt.%

xH2BNH2(s) (H2BNH2)x(s) (H2BNH2)x(s) (HBNH)x(s