氫能系列課件

第五章氫能1/2/20231第五章氫能12/18/20221內(nèi)容提要5.1﹒概述5.2﹒氫的制取5.3﹒氫的儲(chǔ)存5.4﹒氫的利用5.5﹒氫能安全5.6﹒氫能應(yīng)用展望1/2/20232內(nèi)容提要5.1﹒概述12/18/20222能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題化石能源的有限性與人類需求的無(wú)限性－石油、煤炭等主要能源將在未來(lái)數(shù)十年至數(shù)百年內(nèi)枯竭?。。。萍既?qǐng)?bào)，2004年2月25日，第二版）化石能源的使用正在給地球造成巨大的生態(tài)災(zāi)難－溫室效應(yīng)、酸雨等嚴(yán)重威脅地球動(dòng)植物的生存?。。∪祟惖某雎泛卧?？－新能源研究勢(shì)在必行?。。?.1概述1/2/20233能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題化石能源的有限性與人類需求的無(wú)限性－石油、氫能開(kāi)發(fā)，大勢(shì)所趨★氫是自然界中最普遍的元素，資源無(wú)窮無(wú)盡－不存在枯竭問(wèn)題★氫的熱值高，燃燒產(chǎn)物是水－零排放，無(wú)污染

，可循環(huán)利用★氫能的利用途徑多－燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電★氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多－氣體、液體、固體或化合物5.1概述1/2/20234氫能開(kāi)發(fā)，大勢(shì)所趨★氫是自然界中最普遍的元素，資源無(wú)窮無(wú)盡－體積比較1巴(bar)=100,000帕(pa)=10牛頓/平方厘米=0.1Mpa

1/2/20235體積比較1巴(bar)=100,000帕(pa)=10牛頓/5.1概述氫的發(fā)現(xiàn)：1766年卡文迪許向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)提交了一篇研究報(bào)告《人造空氣實(shí)驗(yàn)》，講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得“易燃空氣”（即氫氣），并正確描述了氫的性質(zhì)。1931年，哈羅德.尤里發(fā)現(xiàn)氘。后來(lái)英美化學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了氚。

1/2/202365.1概述氫的發(fā)現(xiàn)：12/18/20226氫能優(yōu)點(diǎn)（1）熱值高：氫的燃燒熱大約是汽油的3倍，焦炭的4.5倍；（2）資源豐富：地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達(dá)11.1％；（3）不產(chǎn)生二次污染：燃燒后生成水，干凈、無(wú)毒；（4）應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)：如可作為燃料電池發(fā)電，用于氫能汽車、化學(xué)熱泵等。5.1概述1/2/20237氫能優(yōu)點(diǎn)5.1概述12/18/20227氫能的應(yīng)用二戰(zhàn)期間，用作A-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑1960年液氫首次用作航天動(dòng)力燃料1970年阿波羅登月飛船起飛火箭的燃料航天領(lǐng)域的常用燃料超音速飛機(jī)和遠(yuǎn)程洲際客機(jī)燃料氫燃料汽車液氫燃料鐵路機(jī)車1/2/20238氫能的應(yīng)用二戰(zhàn)期間，用作A-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑12/1氫的制取氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐富的元素，但自然氫的存在極少。因此必須將含氫物質(zhì)分解后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質(zhì)是水（H2O），其次就是各種礦物燃料（煤、石油、天然氣）及各種生物質(zhì)等。因此要開(kāi)發(fā)利用氫能這種理想的清潔能源，必須首先開(kāi)發(fā)氫源，即研究開(kāi)發(fā)各種制氫的方法。

1/2/20239氫的制取氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐1)天然氣制氫 2)煤制氫 3)水電解制氫 4)生物質(zhì)制氫 5)太陽(yáng)能制氫6)核能制氫7)等離子化學(xué)法制氫5.2制氫方法1/2/2023101)天然氣制氫5.2制氫方法12/18/20225.2.1天然氣制氫1）部分氧化重整制氫(直接部分氧化和催化氧化)CH4+1/2O2----CO+2H2+35.5kJ反應(yīng)放出少量的熱，但反應(yīng)條件較苛刻且純氧需要空分設(shè)備來(lái)制取。2)催化熱裂解制造氫氣CH4----C+2H2新方法：3）新催化劑的開(kāi)發(fā)，沸石和鉬催化劑6CH4----苯+9H21/2/2023115.2.1天然氣制氫1）部分氧化重整制氫(直接部分氧化和催化5.2.2煤制氫以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：煤的焦化（高溫干餾）、煤的氣化（氣化劑為水蒸氣或空氣）。煤制氫的核心是煤氣化技術(shù)：

有煤催化氣化法和煤超臨界水氣化法C+H2O---CO+H2CO+H2O---CO2+H2包括三個(gè)過(guò)程，造氣反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)、氫的提純和壓縮煤氣化爐凈化裝置CO變換CO2分離CO2儲(chǔ)存變壓吸附水蒸氣空氣分離尾氣處理硫份H2灰分空氣1/2/2023125.2.2煤制氫以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：煤的5.2.3水電解制氫水電解制氫產(chǎn)品純度高，操作簡(jiǎn)便。水電解制氫的原理：4e-+4H2O----2H2+4OH-4OH------O2+2H2O+4e-電解定律：

n化學(xué)當(dāng)量，Ｆ法拉第常數(shù)，Ｉ電流，ｔ通電時(shí)間,G化學(xué)反應(yīng)物生成的量。電解電壓：

n-反應(yīng)物質(zhì)的當(dāng)量數(shù)，或電極反應(yīng)中電子得失的數(shù)目E電動(dòng)勢(shì)F法拉第常數(shù)n1/2/2023135.2.3水電解制氫水電解制氫產(chǎn)品純度高，操作簡(jiǎn)便。n12

5.2.4生物質(zhì)制氫微生物轉(zhuǎn)化制氫：利用微生物在常壓常溫下，通過(guò)酶的催化作用制氫，包括厭氧發(fā)酵有機(jī)物制氫和光合微生物制氫

1.厭氧發(fā)酵有機(jī)物制氫發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌生物質(zhì)的利用主要有微生物轉(zhuǎn)化和熱化工轉(zhuǎn)化兩類1/2/2023145.2.4生物質(zhì)制氫微生物轉(zhuǎn)化制氫：利用微生物在常壓2.光合微生物制氫光解產(chǎn)氫微生物1/2/2023152.光合微生物制氫光解產(chǎn)氫微生物12/18/2021、光解產(chǎn)氫生物（綠藻、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌）

藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌產(chǎn)氫能力是綠藻的１／１０００，無(wú)研發(fā)價(jià)值，而綠藻產(chǎn)氫效率也不高，研發(fā)緩慢。2、發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌三大優(yōu)點(diǎn)：a.產(chǎn)氫能力和菌種生長(zhǎng)速度高于光合產(chǎn)氫菌種。b.無(wú)需光源，操作管理簡(jiǎn)便。c.發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌來(lái)源廣，成本低。5.2.4生物質(zhì)制氫1/2/2023161、光解產(chǎn)氫生物（綠藻、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌）5.2.4生物質(zhì)熱化工轉(zhuǎn)化是將生物質(zhì)放在氣化爐或裂解爐中，通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，氣化或裂解轉(zhuǎn)化為富氫氣體的方法。生物質(zhì)CxHyOz柴油、汽油、甲醇等氫氣內(nèi)燃機(jī)（IEC）燃料電池（FC）5.2.4生物質(zhì)制氫熱化工轉(zhuǎn)化氣化爐裂解爐1/2/202317熱化工轉(zhuǎn)化是將生物質(zhì)放在氣化爐或裂解爐中，通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，氣5.2.5太陽(yáng)能制氫隨著新能源的崛起，以水作為原料利用核能和太陽(yáng)能來(lái)大規(guī)模制氫已成為世界各國(guó)共同努力的目標(biāo)。其中太陽(yáng)能制氫最具吸引力，也最有現(xiàn)實(shí)意義。以水為原料，利用光能制氫的方法，是最有前途的方法。1/2/2023185.2.5太陽(yáng)能制氫隨著新能源的崛起，以水作為原料利用核制氫

氫能利用一次能源電池汽車熱泵傳感器電解、光催化氫能的儲(chǔ)存與輸送太陽(yáng)能制氫：利用太陽(yáng)能，到海水中取氫。

大量制氫是最有希望的方向5.2.5太陽(yáng)能制氫1/2/202319制氫氫能利用一次能源電池電解、光催化氫能的儲(chǔ)存與輸送太陽(yáng)能1）太陽(yáng)能電解水制氫（太陽(yáng)能光伏電池-電解水制氫）

由于太陽(yáng)能光伏電池電的轉(zhuǎn)化效率較低，價(jià)格非常昂貴，無(wú)法與常規(guī)能源制氫相競(jìng)爭(zhēng)。2）太陽(yáng)能熱化學(xué)循環(huán)制氫

太陽(yáng)能熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)制取氫氣技術(shù)，就是利用太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)能聚集起來(lái)產(chǎn)生高溫，推動(dòng)以水和金屬氧化物、硫化物或溴化物為原料的熱化學(xué)反應(yīng)制取氫氣的過(guò)程。原理：利用高溫下金屬氧化物、硫化物或溴化物分解的強(qiáng)吸熱反應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；較低溫度下經(jīng)過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)，使水分解制得氫氣。

5.2.5太陽(yáng)能制氫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)1/2/2023201）太陽(yáng)能電解水制氫（太陽(yáng)能光伏電池-電解水制氫）5.2.5C2H5OHCH3CHO+H2

+41kJ/mol由于乙醇不直接吸收光，須加入光敏劑，二苯（甲）酮3）太陽(yáng)能光化學(xué)制氫4）太陽(yáng)能熱解水制氫

太陽(yáng)爐可以實(shí)現(xiàn)3000℃以上的高溫，而熱解水分解產(chǎn)生氫氣需2000℃的高溫，目前制約因素主要是造價(jià)和材料設(shè)備。1/2/202321C2H5OHCH3CHO+H25）太陽(yáng)能--光催化劑制氫5.2.5太陽(yáng)能制氫催化劑設(shè)計(jì)的思路：抑制逆反應(yīng)即電子-孔穴的再結(jié)合水的電解電壓：1.3eV1/2/2023225）太陽(yáng)能--光催化劑制氫5.2.5太陽(yáng)能制氫催化劑設(shè)計(jì)的最常用的光催化劑是TiO2禁帶寬度3.2eV1/2/202323最常用的光催化劑是TiO212/18/202223入射光能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙(Eg)時(shí)，電子受激，從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，形成光電子，而空穴則留在價(jià)帶中。其中，大部分光生電子和空穴以發(fā)光或放熱的形式在半導(dǎo)體體相或在表面復(fù)合。部分光生電子遷移到半導(dǎo)體表面，和空穴一起分別還原和氧化吸附在TiO2表面的H2O，生成H2和O2。1/2/202324入射光能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙(Eg)時(shí)，電子受激，從價(jià)帶進(jìn)1/2/20232512/18/202225納米TiO2空心球空心球結(jié)構(gòu)有利于浮于水面更好接收太陽(yáng)光1/2/202326納米TiO2空心球空心球結(jié)構(gòu)有利于浮于水面更好接收太陽(yáng)光126）太陽(yáng)能光電化學(xué)分解水制氫陽(yáng)極：TiO2半導(dǎo)體電極1/2/2023276）太陽(yáng)能光電化學(xué)分解水制氫陽(yáng)極：TiO2半導(dǎo)體電極12/15.2.6核能制氫核能制氫是利用高溫反應(yīng)堆或核反應(yīng)堆的熱能來(lái)分解水制氫的方法。實(shí)質(zhì)上，核能制氫是一種熱化學(xué)循環(huán)分解水的過(guò)程。目前涉及高溫或熱反應(yīng)堆的熱能的制氫方法，按照涉及的物料可分為氧化物體系，鹵化物體系和含硫體系。1/2/2023285.2.6核能制氫核能制氫是利用高溫反應(yīng)5.6.7等離子化學(xué)法制氫

在物質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)以后，如果從外界繼續(xù)得到能量，到一定程度后，它可以進(jìn)一步分裂為帶負(fù)電的電子和帶正電的離子，即原子或分子發(fā)生了電離。電離使帶電粒子濃度超過(guò)一定數(shù)量后，氣體的行為雖然仍與平常的流體相似，但中性粒子的作用開(kāi)始退居到次要地位，帶電粒子的作用成為主導(dǎo)的，整個(gè)物質(zhì)表現(xiàn)出一系列新的性質(zhì)。像這樣部分或完全電離的氣體，其中自由電子和正離子所帶的負(fù)、正電荷量相等，整體又呈電中性，而行為受電磁場(chǎng)影響，稱為“等離子體”。因?yàn)槲镔|(zhì)的固、液、氣態(tài)都屬于“聚集態(tài)”，所以從聚集態(tài)的順序來(lái)說(shuō)，也常常把“等離子態(tài)”稱為物質(zhì)的第四態(tài)。

所有的烴類都可作為等離子化學(xué)法制氫的原料，產(chǎn)物為炭和氫1/2/2023295.6.7等離子化學(xué)法制氫在物質(zhì)變?yōu)闅?、常壓儲(chǔ)氫2、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫3、冷液化儲(chǔ)氫4、金屬氫化物5、吸附儲(chǔ)氫密度高、但能耗大、且有自然揮發(fā)5.3氫氣的儲(chǔ)存1/2/2023301、常壓儲(chǔ)氫密度高、但能耗大、且有自然揮發(fā)5.3氫氣的儲(chǔ)存在常壓和20K溫度下，氣態(tài)氫可液化為液態(tài)氫，液態(tài)的密度是氣態(tài)氫的845倍。深冷液化貯氫，其體積能量密度高，儲(chǔ)存容器體積小。液化儲(chǔ)存面臨兩個(gè)主要難題：①氫氣的深冷液化能耗高；②液氫的儲(chǔ)存和保養(yǎng)問(wèn)題：由于液氫儲(chǔ)器內(nèi)的溫度與環(huán)境溫度的溫差大(253℃土25℃)，給液氫的保冷、防止揮發(fā)、儲(chǔ)器材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等提出了苛刻的要求。冷液化儲(chǔ)氫1/2/202331在常壓和20K溫度下，氣態(tài)氫可液化為液態(tài)氫，液態(tài)的液化儲(chǔ)存面氫的存儲(chǔ)：氣體氫：液態(tài)氫：

儲(chǔ)存

難題儲(chǔ)氫密度遠(yuǎn)高于氣態(tài)，但氫氣的液化溫度為-252.6℃，液化過(guò)程耗費(fèi)大量的能源，需采用超低溫的特殊容器，價(jià)格昂貴主要用高壓鋼瓶，儲(chǔ)氫量小，儲(chǔ)氫密度低，使用不方便解決方式：研發(fā)儲(chǔ)氫材料1/2/202332氫的存儲(chǔ)：氣體氫：儲(chǔ)存儲(chǔ)氫密度遠(yuǎn)高于氣態(tài)，但氫氣的液化儲(chǔ)氫材料應(yīng)具備的條件1、儲(chǔ)氫量大：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積儲(chǔ)氫量大2、平衡氫壓適當(dāng)：最好在室溫附近只有幾個(gè)大氣壓，便于儲(chǔ)氫和放氫。且P-C-T曲線有良好的平坦區(qū)，平坦區(qū)越寬，傾斜程度越小，在該區(qū)域稍微改變壓力，就能吸收和釋放較多的氫氣；3、金屬氫化物的生成熱要適當(dāng)，若生成熱太高，生成的金屬氫化物過(guò)于穩(wěn)定，釋氫時(shí)就需要較高的溫度。1/2/202333儲(chǔ)氫材料應(yīng)具備的條件1、儲(chǔ)氫量大：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積儲(chǔ)氫量大一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時(shí)放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會(huì)分解，將儲(chǔ)存在其中的氫釋放出來(lái)。這些會(huì)“吸收”氫氣的金屬，稱為儲(chǔ)氫合金。儲(chǔ)氫合金1/2/202334一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠金屬氫化物儲(chǔ)氫原理某些過(guò)渡金屬、合金、金屬間化合物，由于其特殊的晶格結(jié)構(gòu)等原因，在一定條件下，氫原子比較容易進(jìn)入金屬晶格的四面體或八面體間隙中，形成金屬氫化物，可儲(chǔ)存比其體系大1000—1300倍的氫。當(dāng)金屬氫化物受熱時(shí)，又可釋放出氫氣。優(yōu)點(diǎn)：可儲(chǔ)存相當(dāng)于合金自身體積上千倍的氫氣，吸氫密度超過(guò)液態(tài)氫和固態(tài)氫密度，輕便安全。1/2/202335金屬氫化物儲(chǔ)氫原理優(yōu)點(diǎn)：12/18/202235金屬氫化物儲(chǔ)氫原理氫能與許多金屬、合金或金屬間化合物反應(yīng)生成金屬氫化物，并釋放出熱量；金屬氫化物受熱時(shí)，又釋放出氫氣，反應(yīng)式為：M—含氫固溶體ΔH—反應(yīng)熱P1,T1—吸氫時(shí)體系所需的壓力和溫度P2,T2—釋氫時(shí)體系所需的壓力和溫度1/2/202336金屬氫化物儲(chǔ)氫原理氫能與許多金屬、合金或金屬間化合物反應(yīng)生成儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫能力很強(qiáng)。單位體積儲(chǔ)氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍。儲(chǔ)氫合金都是固體，需要用氫時(shí)通過(guò)加熱或減壓使儲(chǔ)存于其中的氫釋放出來(lái)，因此是一種極其簡(jiǎn)便易行的理想儲(chǔ)氫方法。目前研究發(fā)展中的儲(chǔ)氫合金，主要有鈦系儲(chǔ)氫合金、鋯系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ)氫合金及稀土系儲(chǔ)氫合金。1/2/202337儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫能力很強(qiáng)。單位體積儲(chǔ)氫的密度，是相同溫度、壓力條貯氫合金的分類（按合金系統(tǒng)）貯氫合金材料

鎂系貯氫合金稀土貯氫合金鈦系貯氫合金

鋯系貯氫合金

鈣系貯氫合金

1/2/202338貯氫合金的分類貯氫合金材料鎂系貯氫合金稀土貯氫合金鈦系貯氫貯氫合金材料

貯氫合金的分類（按化合物的類型）AB5型稀土類及鈣系貯氫合金

AB2型Laves相貯氫合金

AB型鈦系貯氫合金

A2B型鎂系貯氫合金

1/2/202339貯氫合金材料貯氫合金的分類AB5型稀土類及鈣系貯氫合金A儲(chǔ)氫材料的類型稀土鑭鎳系、鈦鐵系、鎂系、鈦/鋯系LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)TiFe(s)+H2(g)TiFeH2(s)Mg2Ni(s)+3H2(g)MgH2(s)+NiMgH4(s)1/2/202340儲(chǔ)氫材料的類型稀土鑭鎳系、鈦鐵系、鎂系、鈦/鋯系LaNiLaNi5儲(chǔ)氫合金(金屬間化合物)：荷蘭Philips實(shí)驗(yàn)室首先研制LaNi5H6六方結(jié)構(gòu)(氫原子占據(jù)晶格的四面體間隙)1/2/202341LaNi5儲(chǔ)氫合金(金屬間化合物)：LaNi5H6六方結(jié)構(gòu)TiFe金屬間化合物:美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室TiFe金屬間化合物結(jié)構(gòu)(CsCl結(jié)構(gòu))1/2/202342TiFe金屬間化合物:美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室TiF以鋯為A組元的儲(chǔ)氫合金：ZrV2,ZrCr2,ZrCo2,ZrFe2等AB2型合金的結(jié)構(gòu)模型(立方C14或六方C15晶系)c15A組元B組元1/2/202343以鋯為A組元的儲(chǔ)氫合金：AB2型合金的結(jié)構(gòu)模型c1鎂系：美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)：儲(chǔ)氫容量高資源豐富價(jià)格低廉放氫溫度高（250－300℃）放氫動(dòng)力學(xué)性能較差1/2/202344鎂系：美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)：12/18/20改善：多元合金化，如Mg-Ni,Mg-Cu,Mg-La,Mg-Al等二元系為基的三元、多元合金。Mg2Ni六方晶格四方晶格1/2/202345改善：多元合金化，如Mg-Ni,Mg-Cu,Mg-La,貯氫合金材料

優(yōu)點(diǎn)：吸氫量大平衡壓力適中而平坦放氫快，滯后小容易活化，室溫下即可活化具有良好的抗雜質(zhì)氣體中毒性缺點(diǎn)：成本高，大規(guī)模使用受到限制吸放氫過(guò)程中晶胞體積膨脹大1/2/202346貯氫合金材料優(yōu)點(diǎn)：吸氫量大平衡壓力適中而平坦放氫快，滯后小儲(chǔ)氫合金在應(yīng)用時(shí)還存在以下問(wèn)題：對(duì)氣體雜質(zhì)的高度敏感性；初始活化困難；氫化物在空氣中自燃；反復(fù)吸釋氫時(shí)氫化物產(chǎn)生歧化。新型儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)：如非晶態(tài)合金、過(guò)渡金屬絡(luò)合物及一些非金屬材料。1/2/202347儲(chǔ)氫合金在應(yīng)用時(shí)還存在以下問(wèn)題：新型儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)：12/1活性炭?jī)?chǔ)氫1）活性炭?jī)?chǔ)氫１９８０年發(fā)現(xiàn)活性炭在６５K和4.15ＭＰａ時(shí)下，可獲得５．２％的吸氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。２０００年，Orimo發(fā)現(xiàn)液氮下，某些石墨可以吸附７．４％的氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

。２０００年，天津大學(xué)周理教授開(kāi)發(fā)一種活性炭復(fù)合物理方法，壓片，７７Ｋ、６Ｍｐａ下可獲得１０．８％的儲(chǔ)氫量。２）活性炭?jī)?chǔ)存天然氣

目前北京市天然氣的存儲(chǔ)壓力為２０ＭＰａ，而采用活性炭的吸附存儲(chǔ)壓力可大大降低，約為3.5Ｍｐａ。目前最具存儲(chǔ)潛力的是活性炭纖維，它的優(yōu)點(diǎn)有：總表面大計(jì)及微孔豐富；吸附和解吸速度快；通氣性佳，低粉塵、量輕，容易制成各種形狀。1/2/202348活性炭?jī)?chǔ)氫1）活性炭?jī)?chǔ)氫12/18/202248活性炭具有較高的比表面積，尤其是優(yōu)質(zhì)活性炭的比表面積可達(dá)2000m2／g以上，利用低溫加壓可吸附儲(chǔ)氫。活性炭吸附儲(chǔ)氫如：在-120℃、5.5MPa下，活性炭?jī)?chǔ)氫量高達(dá)9.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。特點(diǎn)：活性炭吸附儲(chǔ)氫器體積比金屬氫化物儲(chǔ)氫體系稍大；活性炭原料易得；吸附儲(chǔ)氫和脫氫操作比較簡(jiǎn)單；投資費(fèi)用較低?；钚蕴?/2/202349活性炭具有較高的比表面積，尤其是優(yōu)質(zhì)活性炭活性炭吸附儲(chǔ)氫如：納米碳儲(chǔ)氫1）納米碳的發(fā)現(xiàn)１９８５年Carl,Smalley,Kroto發(fā)現(xiàn)C60,富勒烯或巴基球。

1991年Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管納米碳管的制備方法a.電弧放電法b.激光蒸發(fā)法c.化學(xué)氣相沉積法d.火焰法1/2/202350納米碳儲(chǔ)氫1）納米碳的發(fā)現(xiàn)納米碳管的制備方法12/18/20富勒烯(C60)和碳納米管(CNT)對(duì)氫氣具有較強(qiáng)的吸附作用。富勒烯(C60)高功率激光轟擊石墨，使石墨中的碳原子氣化，用氦氣流把氣態(tài)碳原子送入真空室，迅速冷卻后形成碳原子簇。C60呈球籠狀，是一個(gè)完美對(duì)稱的分子。1/2/202351富勒烯(C60)和碳納米管(CNT)對(duì)氫氣具有較強(qiáng)的富勒烯(碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖

碳納米管是由石墨片卷曲而成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑在零點(diǎn)幾個(gè)納米到幾十納米之間。管壁是一種類似于石墨片的碳六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。1/2/202352碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖碳納米管是由石墨片卷曲而成的中空管狀結(jié)構(gòu)納米碳管儲(chǔ)氫-美學(xué)者Dillon1997首開(kāi)先河

單壁納米碳管束TEM照片多壁納米碳管TEM照片1/2/202353納米碳管儲(chǔ)氫-美學(xué)者Dillon1997首開(kāi)先河

單壁納米碳充、放電原理：充電過(guò)程正極：負(fù)極：放電過(guò)程正極：負(fù)極：負(fù)極：氫化物電極正極：Ni(OH)2電極電解質(zhì)：堿溶液（KOH水溶液)Ni-MH電池1/2/202354充、放電原理：充電過(guò)程正極：負(fù)極：放電過(guò)程正Ni/MHx電池充放電過(guò)程示意圖1/2/202355Ni/MHx電池充放電過(guò)程示意圖12/18/202255Ni-MH電池優(yōu)點(diǎn)：①可吸收高達(dá)本身體積100倍的氫，儲(chǔ)存能力極強(qiáng);②鎳氫電池的能量密度比鎳鎘電池大，其容量約為鎳鎘電池的2倍；③用專門的充電器可在一小時(shí)內(nèi)快速充電，內(nèi)阻較低，一般可進(jìn)行500次以上的充放電循環(huán)，無(wú)記憶效應(yīng)。④不含汞和鎘，不必回收，為目前最符合環(huán)保的電池。1/2/202356Ni-MH電池優(yōu)點(diǎn)：12/18/202256Ni-MH電池與Ni-Cd充電池比較

鎳鎘電池(Ni-Cd)優(yōu)點(diǎn)：可以耐過(guò)充電，可重覆約500次的充放電缺點(diǎn)：①充放電時(shí)，陰極會(huì)長(zhǎng)出鎘的針狀結(jié)晶，有時(shí)會(huì)穿透隔膜而引起內(nèi)部枝狀晶體式的短路；

②含有鎘，有毒，必須回收；③有記憶效應(yīng)。1/2/202357Ni-MH電池與Ni-Cd充電池比較

鎳鎘電池(Ni-C缺點(diǎn)：價(jià)格高于鎳鎘電池，性能比鋰電池差。1/2/202358缺點(diǎn)：12/18/202258氫汽車——一種完全以氫氣作為燃料替代汽油的新型汽車。氫能汽車類型：放置儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫箱，直接燃燒氫的儲(chǔ)氫箱型；利用鎳氫電池的電動(dòng)型；以燃料電池為動(dòng)力的燃料電池型。1/2/202359氫汽車——一種完全以氫氣作為燃料替代汽油的新氫能汽車類型：1儲(chǔ)氫箱1/2/202360儲(chǔ)氫箱12/18/202260儲(chǔ)氫箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖使用兩種儲(chǔ)氫合金作燃料箱1/2/202361儲(chǔ)氫箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖使用兩種儲(chǔ)氫合金作燃料箱12/18/20據(jù)PhysOrg網(wǎng)2005年10月24日消息，最近一家名為Engineuity的以色列公司發(fā)明了一種能夠在汽車內(nèi)產(chǎn)生氫氣的技術(shù)系統(tǒng)，而且只需要使用鎂和鋁等普通金屬。這一技術(shù)將完全解決汽車在氫氣制造、運(yùn)輸和儲(chǔ)存方面的所有相關(guān)難點(diǎn)。1/2/202362據(jù)PhysOrg網(wǎng)2005年10月24日消息，最近一家名為E2005年4月，在上海國(guó)際車展上寶馬集團(tuán)展示了以“寶馬清潔能源”為主題的新型氫能實(shí)驗(yàn)賽車，表明了使用液氫內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的可行性和美好前景。寶馬H2R型氫能實(shí)驗(yàn)賽車1/2/2023632005年4月，在上海國(guó)際車展上寶馬集團(tuán)展示了以“寶馬清潔能燃料電池1）定義

一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%-80%。2）熱力學(xué)計(jì)算a.標(biāo)準(zhǔn)理論可逆電動(dòng)勢(shì)以水為例：b.實(shí)際電池的電動(dòng)勢(shì)（能斯特方程）c.電池電壓Er與溫度的實(shí)用關(guān)系為：

1/2/202364燃料電池1）定義 12/18/202264燃料電池的基本構(gòu)成1/2/202365燃料電池的基本構(gòu)成12/18/202265燃料電池的基本構(gòu)成1/2/202366燃料電池的基本構(gòu)成12/18/202266燃料電池燃料電池優(yōu)點(diǎn)a.能量轉(zhuǎn)換效率高，溫差電池效率10%，太陽(yáng)電池的效率為20%。b.減少大氣污染，普通的火力發(fā)電無(wú)法相比。c.特殊場(chǎng)合的應(yīng)用，載人宇宙飛船。d.高度的可靠性，模塊化結(jié)構(gòu)，負(fù)載變化時(shí)，響應(yīng)速度快。e.比能量高，補(bǔ)充燃料，即可輸出能量。1/2/202367燃料電池燃料電池優(yōu)點(diǎn)12/18/202267燃料電池的工作原理燃料電池由陽(yáng)極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成，其工作原理與普通電化學(xué)電池類似，燃料在陽(yáng)極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽(yáng)極通過(guò)負(fù)載流向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電流。燃料氧化劑陽(yáng)極陰極電解質(zhì)導(dǎo)電離子1/2/202368燃料電池的工作原理燃料電池由陽(yáng)極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成

1/2/202369

12/18/2022691/2/20237012/18/202270按電解質(zhì)的類型分：a.堿性燃料電池(AFC),以濃KOH為電解質(zhì)。工作溫度80℃b.質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，又稱為固體聚合物燃料電池。工作溫度在50-100℃c.磷酸燃料電池（PAFC），200℃燃料電池。d.熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），工作溫度約650℃。e.固體氧化物燃料電池(SOFC)，400-1000℃。燃料電池的分類1/2/202371按電解質(zhì)的類型分：燃料電池的分類12/18/20堿性燃料電池（AlkalineFuelCells）1）堿性燃料電池原理陽(yáng)極反應(yīng)：H2+2OH--------2H2O+O2

陰極反應(yīng)：1/2O2+H2O+2e-------2OH-

理論電動(dòng)勢(shì)為：-1.228VKOH,NaOH為電解質(zhì)2）優(yōu)缺點(diǎn)

堿性介質(zhì)腐蝕的電極材料，CO2易使其中毒?，F(xiàn)已基本被PEMFC取代。各國(guó)相繼停止了對(duì)其研究。1932英劍橋大學(xué)，Bacon制造出，1959年才生產(chǎn)出可工作的5kW電機(jī)。1/2/202372堿性燃料電池（AlkalineFuelCells）1）堿質(zhì)子膜燃料電池的工作原理1/2/202373質(zhì)子膜燃料電池的工作原理12/18/202273磷酸燃料電池（PhorphoricAcidFuelCell）1）PAFC原理

陽(yáng)極反應(yīng)：H2-------2H++2e-

陰極反應(yīng)：1/2O2+2H++6e-------H2O使用天然氣時(shí)需要重整，分內(nèi)重整和外重整兩種方式2）研究狀況日本追加2億美元用于MCFC研究，1991年建立30kW,1992年50-100kW，1997年1MW。美國(guó)MCP(熔融碳酸鹽能量公司)1993年制成250kWMCFC荷蘭中斷15年MCFC研究后，1986年又開(kāi)始研究，其能源中心（ECN）成為歐洲MCFC、SOFC和PEMFC的測(cè)試中心。1/2/202374磷酸燃料電池（PhorphoricAcidFuelCe磷酸燃料電池1/2/202375磷酸燃料電池12/18/202275熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell）1）MCFC原理陽(yáng)極反應(yīng)：H2+CO32--------2H2O+CO2+2e-

陰極反應(yīng)：1/2O2+2CO2+2e------CO32-2）研究狀況

美國(guó)TexasA&MUniversity,California工學(xué)院，英國(guó)Newcastle大學(xué)，意大利CNR-TAE學(xué)院，韓國(guó)能量研究院，中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所，中山，清華等。a.目前做的最好的是美國(guó)IFC和日本東芝公司b.1987年造價(jià)$5500/kWc.目前對(duì)PAFC的研究興趣日益減少。1/2/202376熔融碳酸鹽燃料電池1）MCFC原理12/18/202276熔融碳酸鹽燃料電池1/2/202377熔融碳酸鹽燃料電池12/18/202277固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell）1）SOFC原理通過(guò)離子傳導(dǎo)陶瓷將燃料和氧化劑氣體中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，也稱陶瓷燃料膜（CFC）。分高溫SOFC和低溫SOFC。a.螢石結(jié)構(gòu)：采用氧化釔摻雜的氧化鋯做電解質(zhì)，Y3+從鋯的晶格位置上取代Zr4+,導(dǎo)致晶格缺陷，從而導(dǎo)致離子移動(dòng)。b.鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：摻雜的鎵酸鑭體系。陽(yáng)極反應(yīng)：2O2-+2H2-------2H2O+4e-氫氣為燃料 2CO+2O2-------2CO2+4e-CO為燃料

陰極反應(yīng)：O2+4e------2O2-1/2/202378固體氧化物燃料電池1）SOFC原理12/18/202278燃料電池的類型堿性燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池1/2/202379燃料電池的類型堿性燃料電池燃料電池的類型磷酸型/質(zhì)子交換膜燃料電池固體氧化物燃料電池1/2/202380燃料電池的類型磷酸型/質(zhì)子交換膜燃料電池固直接甲醇燃料電池：使用液態(tài)的甲醇作燃料。它的發(fā)電核心是所謂的膜電極組。MEA包括陽(yáng)極、陰極與隔離陰陽(yáng)兩極的高分子薄膜。所產(chǎn)生的鋰離子透過(guò)具離子傳導(dǎo)功能的高分子薄膜，傳遞到陰極。所產(chǎn)生的電子流經(jīng)外部電路傳到陰極。在陰極，空氣中的氧氣便與傳遞到陰極的氫離子與電子反應(yīng)，還原成水如(2)式?？偡磻?yīng)便是甲醇與氧反應(yīng)生成水與二氧化碳如(3)式。

甲醇燃料電池1/2/202381直接甲醇燃料電池：甲醇燃料電池12/18/202281氫燃料電池氫燃料電池發(fā)電的基本原理：電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陰極和陽(yáng)極，氫通過(guò)陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陽(yáng)極。氫燃料電池發(fā)電：將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%～80%，而且污染少、噪音小，裝置非常靈活。氫燃料電池與普通電池的區(qū)別：干電池、蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，是把電能貯存起來(lái)，需要時(shí)再釋放出來(lái)；氫燃料電池嚴(yán)格地說(shuō)是一種發(fā)電裝置，把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。1/2/202382氫燃料電池氫燃料電池發(fā)電的基本原理：電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧氫燃料電池?zé)o污染，只有水排放。用它裝成的電動(dòng)車，稱為“零排放車”；無(wú)噪聲，無(wú)傳動(dòng)部件，特別適于潛艇中使用；起動(dòng)快，8秒鐘即可達(dá)全負(fù)荷；可以模塊式組裝，即可任意堆積成大功率電站；

1/2/202383氫燃料電池?zé)o污染，只有水排放。用它裝成的電動(dòng)車，稱為“零排放燃料電池的應(yīng)用小型燃料電池1/2/202384燃料電池的應(yīng)用小型燃料電池12/18/202284燃料電池的應(yīng)用1/2/202385燃料電池的應(yīng)用12/18/202285燃料電池的應(yīng)用1/2/202386燃料電池的應(yīng)用12/18/202286英國(guó)公司AngstromPower公司的氫燃料電池單元，每個(gè)能產(chǎn)生200毫瓦的電力，重量14克。每分鐘消耗50至80毫升氫氣。1/2/202387英國(guó)公司AngstromPower公司的氫燃料電池單元，每燃料電池的應(yīng)用熔融碳酸鹽2MW燃料電池發(fā)電站1/2/202388燃料電池的應(yīng)用熔融碳酸鹽2MW燃料電池發(fā)電站12/18/2燃料電池汽車1）燃料電池公共汽車（FCB）1993年第一輛燃料電池大客車由加拿大巴拉德公司開(kāi)發(fā)成功。

全球燃料電池公共汽車量數(shù)年份199319941996199719981999200020012002累計(jì)數(shù)/輛13561416222631全球燃料電池公共汽車地區(qū)分布地區(qū)北美歐洲日本其他累計(jì)數(shù)/輛171211燃料電池公共汽車所用的燃料電池的種類FC類型質(zhì)子交換膜磷酸型堿性鋅空累計(jì)數(shù)/輛254111/2/202389燃料電池汽車1）燃料電池公共汽車（FCB）全球燃料電池公共汽氫能量轉(zhuǎn)折動(dòng)力未來(lái)1/2/202390氫能量轉(zhuǎn)折動(dòng)力未來(lái)12/18/202290北京奧運(yùn)會(huì)期間的氫能源公交車1/2/202391北京奧運(yùn)會(huì)期間的氫能源公交車12/18/202291

1/2/202392

12/18/202292燃料電池汽車2）燃料電池轎車（FCV）1993年第一輛燃料電池轎車由戴姆勒-克萊斯勒公司開(kāi)發(fā)成功。

戴姆勒-克萊斯勒公司燃料電池車進(jìn)展年份燃料車型性能1993H2Necar11995H2Necar2最高時(shí)速110km1997甲醇Necar31999H2Necar4最高時(shí)速145km，續(xù)駛里程450km1999甲醇JeepCommander2000H2Necar4A甲醇Necar5最高時(shí)速150km2001H2Natrlum2002H2F-cell2003批量生產(chǎn)燃料電池轎車2004批量生產(chǎn)燃料電池面包車和公共汽車1/2/202393燃料電池汽車2）燃料電池轎車（FCV）戴姆勒-克萊斯勒公司燃

寶馬7系氫動(dòng)力版

BMW氫能7系裝備了能夠使用液氫燃料和汽油的6.0升V12發(fā)動(dòng)機(jī)，最大輸出功率為260馬力，在4300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，最大扭矩可達(dá)390N·m，在9.5秒內(nèi)即可從零加速到100公里/小時(shí)，最高電子限速為230公里/小時(shí)。1/2/202394寶馬7系氫動(dòng)力版12/18/2燃料電池船舶

世界范圍的14%的NOx和70%的SO2有海船排放燃料電池機(jī)車

擺脫對(duì)電網(wǎng)的依賴，防止大面積停電對(duì)地鐵的影響。燃料電池飛機(jī)

2003年波音公司計(jì)劃在大型飛機(jī)上安裝燃料電池，供照明、供暖和乘客娛樂(lè)用的輔助電源。

2004年在北京召開(kāi)的第二屆國(guó)際氫能論壇，中國(guó)自主開(kāi)發(fā)的燃料電池公汽開(kāi)到人民大會(huì)堂。1/2/202395燃料電池船舶世界范圍的14%的NOx和70%的家庭和微型燃料電池1）社區(qū)用分布式電站a.

分布式概念從1978年美國(guó)公共事業(yè)管理政策法公布，被發(fā)達(dá)國(guó)家接受。它可以熱電聯(lián)產(chǎn)或熱電冷聯(lián)產(chǎn)。b.目前主要有PAFC,MCFC,SOFC,PEMFC等2）家庭用燃料電池電站

a.

價(jià)格因素：美國(guó)對(duì)家用燃料電池調(diào)查，49%的人接受$5000,29%接受$3000，20%的人接受大于$10000。

b.可靠性：36%的人會(huì)考慮。3)微型燃料電池電源a.3G和Wi-Fi技術(shù)要求更高的的電池容量。b.微型燃料電池的燃料：甲醇、天然氣（甲烷）、氫氣、無(wú)機(jī)化合物等c.筆記本電源和手機(jī)電源。1/2/202396家庭和微型燃料電池1）社區(qū)用分布式電站12/18/20229氫內(nèi)燃機(jī)汽車1）2003年福特公司氫內(nèi)燃機(jī)越野車高壓氫氣為燃料（70MPa），四缸2.3L,一次可行使500km。2）德國(guó)寶馬公司

液氫為燃料，功率250kW，最高速度250km/h，百公里耗氫2.3kg，氫氣容量190L，一次加氫，可行使580km3）馬自達(dá)公司開(kāi)發(fā)氫氣轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。制約氫內(nèi)燃機(jī)汽車的因素：車載儲(chǔ)氫方法，加氫站少。氫內(nèi)燃機(jī)飛機(jī)歐洲空中客車公司，美國(guó)波音公司等制定了氫氣內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展規(guī)劃1/2/202397氫內(nèi)燃機(jī)汽車1）2003年福特公司氫內(nèi)燃機(jī)越野車氫內(nèi)燃機(jī)飛機(jī)閃存型MP3播放器只需3.5ml燃料就可以提供35小時(shí)播放時(shí)間，內(nèi)置微硬盤型號(hào)僅靠10ml燃料就可以工作60小時(shí)11/2/202398閃存型MP3播放器只需3.5ml燃料就可以提供35DoCoMo對(duì)外展示外置式燃料電池手機(jī)充電器1/2/202399DoCoMo對(duì)外展示外置式燃料電池手機(jī)充電器12/18/20氫的安全

操作人員a.

防寒防凍手套，防止液氫凍傷。b.穿不產(chǎn)生靜電的工作服。c.穿電阻率小于108.cm的專用導(dǎo)電鞋

d.著火時(shí)采用泡沫或干粉滅火器，CO2滅火器盡量少用。

1/2/2023100氫的安全操作人員12/18/2022100氫能的美好未來(lái)

不遠(yuǎn)的將來(lái)，氫能汽車將馳騁于高速公路上，氫能飛機(jī)將翱翔于藍(lán)天，氫能飛船將穿梭于星際，人類將迎來(lái)一個(gè)潔凈、高效的明天！1/2/2023101氫能的美好未來(lái)12/18/2022101ThanksforYourAttention!!謝謝大家的傾聽(tīng)!!1/2/2023102ThanksforYourAttention!!謝第五章氫能1/2/2023103第五章氫能12/18/20221內(nèi)容提要5.1﹒概述5.2﹒氫的制取5.3﹒氫的儲(chǔ)存5.4﹒氫的利用5.5﹒氫能安全5.6﹒氫能應(yīng)用展望1/2/2023104內(nèi)容提要5.1﹒概述12/18/20222能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題化石能源的有限性與人類需求的無(wú)限性－石油、煤炭等主要能源將在未來(lái)數(shù)十年至數(shù)百年內(nèi)枯竭?。。。萍既?qǐng)?bào)，2004年2月25日，第二版）化石能源的使用正在給地球造成巨大的生態(tài)災(zāi)難－溫室效應(yīng)、酸雨等嚴(yán)重威脅地球動(dòng)植物的生存?。。∪祟惖某雎泛卧?？－新能源研究勢(shì)在必行?。?！5.1概述1/2/2023105能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題化石能源的有限性與人類需求的無(wú)限性－石油、氫能開(kāi)發(fā)，大勢(shì)所趨★氫是自然界中最普遍的元素，資源無(wú)窮無(wú)盡－不存在枯竭問(wèn)題★氫的熱值高，燃燒產(chǎn)物是水－零排放，無(wú)污染

，可循環(huán)利用★氫能的利用途徑多－燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電★氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多－氣體、液體、固體或化合物5.1概述1/2/2023106氫能開(kāi)發(fā)，大勢(shì)所趨★氫是自然界中最普遍的元素，資源無(wú)窮無(wú)盡－體積比較1巴(bar)=100,000帕(pa)=10牛頓/平方厘米=0.1Mpa

1/2/2023107體積比較1巴(bar)=100,000帕(pa)=10牛頓/5.1概述氫的發(fā)現(xiàn)：1766年卡文迪許向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)提交了一篇研究報(bào)告《人造空氣實(shí)驗(yàn)》，講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得“易燃空氣”（即氫氣），并正確描述了氫的性質(zhì)。1931年，哈羅德.尤里發(fā)現(xiàn)氘。后來(lái)英美化學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了氚。

1/2/20231085.1概述氫的發(fā)現(xiàn)：12/18/20226氫能優(yōu)點(diǎn)（1）熱值高：氫的燃燒熱大約是汽油的3倍，焦炭的4.5倍；（2）資源豐富：地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達(dá)11.1％；（3）不產(chǎn)生二次污染：燃燒后生成水，干凈、無(wú)毒；（4）應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)：如可作為燃料電池發(fā)電，用于氫能汽車、化學(xué)熱泵等。5.1概述1/2/2023109氫能優(yōu)點(diǎn)5.1概述12/18/20227氫能的應(yīng)用二戰(zhàn)期間，用作A-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑1960年液氫首次用作航天動(dòng)力燃料1970年阿波羅登月飛船起飛火箭的燃料航天領(lǐng)域的常用燃料超音速飛機(jī)和遠(yuǎn)程洲際客機(jī)燃料氫燃料汽車液氫燃料鐵路機(jī)車1/2/2023110氫能的應(yīng)用二戰(zhàn)期間，用作A-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑12/1氫的制取氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐富的元素，但自然氫的存在極少。因此必須將含氫物質(zhì)分解后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質(zhì)是水（H2O），其次就是各種礦物燃料（煤、石油、天然氣）及各種生物質(zhì)等。因此要開(kāi)發(fā)利用氫能這種理想的清潔能源，必須首先開(kāi)發(fā)氫源，即研究開(kāi)發(fā)各種制氫的方法。

1/2/2023111氫的制取氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐1)天然氣制氫 2)煤制氫 3)水電解制氫 4)生物質(zhì)制氫 5)太陽(yáng)能制氫6)核能制氫7)等離子化學(xué)法制氫5.2制氫方法1/2/20231121)天然氣制氫5.2制氫方法12/18/20225.2.1天然氣制氫1）部分氧化重整制氫(直接部分氧化和催化氧化)CH4+1/2O2----CO+2H2+35.5kJ反應(yīng)放出少量的熱，但反應(yīng)條件較苛刻且純氧需要空分設(shè)備來(lái)制取。2)催化熱裂解制造氫氣CH4----C+2H2新方法：3）新催化劑的開(kāi)發(fā)，沸石和鉬催化劑6CH4----苯+9H21/2/20231135.2.1天然氣制氫1）部分氧化重整制氫(直接部分氧化和催化5.2.2煤制氫以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：煤的焦化（高溫干餾）、煤的氣化（氣化劑為水蒸氣或空氣）。煤制氫的核心是煤氣化技術(shù)：

有煤催化氣化法和煤超臨界水氣化法C+H2O---CO+H2CO+H2O---CO2+H2包括三個(gè)過(guò)程，造氣反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)、氫的提純和壓縮煤氣化爐凈化裝置CO變換CO2分離CO2儲(chǔ)存變壓吸附水蒸氣空氣分離尾氣處理硫份H2灰分空氣1/2/20231145.2.2煤制氫以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：煤的5.2.3水電解制氫水電解制氫產(chǎn)品純度高，操作簡(jiǎn)便。水電解制氫的原理：4e-+4H2O----2H2+4OH-4OH------O2+2H2O+4e-電解定律：

n化學(xué)當(dāng)量，Ｆ法拉第常數(shù)，Ｉ電流，ｔ通電時(shí)間,G化學(xué)反應(yīng)物生成的量。電解電壓：

n-反應(yīng)物質(zhì)的當(dāng)量數(shù)，或電極反應(yīng)中電子得失的數(shù)目E電動(dòng)勢(shì)F法拉第常數(shù)n1/2/20231155.2.3水電解制氫水電解制氫產(chǎn)品純度高，操作簡(jiǎn)便。n12

5.2.4生物質(zhì)制氫微生物轉(zhuǎn)化制氫：利用微生物在常壓常溫下，通過(guò)酶的催化作用制氫，包括厭氧發(fā)酵有機(jī)物制氫和光合微生物制氫

1.厭氧發(fā)酵有機(jī)物制氫發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌生物質(zhì)的利用主要有微生物轉(zhuǎn)化和熱化工轉(zhuǎn)化兩類1/2/20231165.2.4生物質(zhì)制氫微生物轉(zhuǎn)化制氫：利用微生物在常壓2.光合微生物制氫光解產(chǎn)氫微生物1/2/20231172.光合微生物制氫光解產(chǎn)氫微生物12/18/2021、光解產(chǎn)氫生物（綠藻、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌）

藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌產(chǎn)氫能力是綠藻的１／１０００，無(wú)研發(fā)價(jià)值，而綠藻產(chǎn)氫效率也不高，研發(fā)緩慢。2、發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌三大優(yōu)點(diǎn)：a.產(chǎn)氫能力和菌種生長(zhǎng)速度高于光合產(chǎn)氫菌種。b.無(wú)需光源，操作管理簡(jiǎn)便。c.發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌來(lái)源廣，成本低。5.2.4生物質(zhì)制氫1/2/20231181、光解產(chǎn)氫生物（綠藻、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌）5.2.4生物質(zhì)熱化工轉(zhuǎn)化是將生物質(zhì)放在氣化爐或裂解爐中，通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，氣化或裂解轉(zhuǎn)化為富氫氣體的方法。生物質(zhì)CxHyOz柴油、汽油、甲醇等氫氣內(nèi)燃機(jī)（IEC）燃料電池（FC）5.2.4生物質(zhì)制氫熱化工轉(zhuǎn)化氣化爐裂解爐1/2/2023119熱化工轉(zhuǎn)化是將生物質(zhì)放在氣化爐或裂解爐中，通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，氣5.2.5太陽(yáng)能制氫隨著新能源的崛起，以水作為原料利用核能和太陽(yáng)能來(lái)大規(guī)模制氫已成為世界各國(guó)共同努力的目標(biāo)。其中太陽(yáng)能制氫最具吸引力，也最有現(xiàn)實(shí)意義。以水為原料，利用光能制氫的方法，是最有前途的方法。1/2/20231205.2.5太陽(yáng)能制氫隨著新能源的崛起，以水作為原料利用核制氫

氫能利用一次能源電池汽車熱泵傳感器電解、光催化氫能的儲(chǔ)存與輸送太陽(yáng)能制氫：利用太陽(yáng)能，到海水中取氫。

大量制氫是最有希望的方向5.2.5太陽(yáng)能制氫1/2/2023121制氫氫能利用一次能源電池電解、光催化氫能的儲(chǔ)存與輸送太陽(yáng)能1）太陽(yáng)能電解水制氫（太陽(yáng)能光伏電池-電解水制氫）

由于太陽(yáng)能光伏電池電的轉(zhuǎn)化效率較低，價(jià)格非常昂貴，無(wú)法與常規(guī)能源制氫相競(jìng)爭(zhēng)。2）太陽(yáng)能熱化學(xué)循環(huán)制氫

太陽(yáng)能熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)制取氫氣技術(shù)，就是利用太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)能聚集起來(lái)產(chǎn)生高溫，推動(dòng)以水和金屬氧化物、硫化物或溴化物為原料的熱化學(xué)反應(yīng)制取氫氣的過(guò)程。原理：利用高溫下金屬氧化物、硫化物或溴化物分解的強(qiáng)吸熱反應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；較低溫度下經(jīng)過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)，使水分解制得氫氣。

5.2.5太陽(yáng)能制氫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)1/2/20231221）太陽(yáng)能電解水制氫（太陽(yáng)能光伏電池-電解水制氫）5.2.5C2H5OHCH3CHO+H2

+41kJ/mol由于乙醇不直接吸收光，須加入光敏劑，二苯（甲）酮3）太陽(yáng)能光化學(xué)制氫4）太陽(yáng)能熱解水制氫

太陽(yáng)爐可以實(shí)現(xiàn)3000℃以上的高溫，而熱解水分解產(chǎn)生氫氣需2000℃的高溫，目前制約因素主要是造價(jià)和材料設(shè)備。1/2/2023123C2H5OHCH3CHO+H25）太陽(yáng)能--光催化劑制氫5.2.5太陽(yáng)能制氫催化劑設(shè)計(jì)的思路：抑制逆反應(yīng)即電子-孔穴的再結(jié)合水的電解電壓：1.3eV1/2/20231245）太陽(yáng)能--光催化劑制氫5.2.5太陽(yáng)能制氫催化劑設(shè)計(jì)的最常用的光催化劑是TiO2禁帶寬度3.2eV1/2/2023125最常用的光催化劑是TiO212/18/202223入射光能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙(Eg)時(shí)，電子受激，從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，形成光電子，而空穴則留在價(jià)帶中。其中，大部分光生電子和空穴以發(fā)光或放熱的形式在半導(dǎo)體體相或在表面復(fù)合。部分光生電子遷移到半導(dǎo)體表面，和空穴一起分別還原和氧化吸附在TiO2表面的H2O，生成H2和O2。1/2/2023126入射光能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙(Eg)時(shí)，電子受激，從價(jià)帶進(jìn)1/2/202312712/18/202225納米TiO2空心球空心球結(jié)構(gòu)有利于浮于水面更好接收太陽(yáng)光1/2/2023128納米TiO2空心球空心球結(jié)構(gòu)有利于浮于水面更好接收太陽(yáng)光126）太陽(yáng)能光電化學(xué)分解水制氫陽(yáng)極：TiO2半導(dǎo)體電極1/2/20231296）太陽(yáng)能光電化學(xué)分解水制氫陽(yáng)極：TiO2半導(dǎo)體電極12/15.2.6核能制氫核能制氫是利用高溫反應(yīng)堆或核反應(yīng)堆的熱能來(lái)分解水制氫的方法。實(shí)質(zhì)上，核能制氫是一種熱化學(xué)循環(huán)分解水的過(guò)程。目前涉及高溫或熱反應(yīng)堆的熱能的制氫方法，按照涉及的物料可分為氧化物體系，鹵化物體系和含硫體系。1/2/20231305.2.6核能制氫核能制氫是利用高溫反應(yīng)5.6.7等離子化學(xué)法制氫

在物質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)以后，如果從外界繼續(xù)得到能量，到一定程度后，它可以進(jìn)一步分裂為帶負(fù)電的電子和帶正電的離子，即原子或分子發(fā)生了電離。電離使帶電粒子濃度超過(guò)一定數(shù)量后，氣體的行為雖然仍與平常的流體相似，但中性粒子的作用開(kāi)始退居到次要地位，帶電粒子的作用成為主導(dǎo)的，整個(gè)物質(zhì)表現(xiàn)出一系列新的性質(zhì)。像這樣部分或完全電離的氣體，其中自由電子和正離子所帶的負(fù)、正電荷量相等，整體又呈電中性，而行為受電磁場(chǎng)影響，稱為“等離子體”。因?yàn)槲镔|(zhì)的固、液、氣態(tài)都屬于“聚集態(tài)”，所以從聚集態(tài)的順序來(lái)說(shuō)，也常常把“等離子態(tài)”稱為物質(zhì)的第四態(tài)。

所有的烴類都可作為等離子化學(xué)法制氫的原料，產(chǎn)物為炭和氫1/2/20231315.6.7等離子化學(xué)法制氫在物質(zhì)變?yōu)闅?、常壓儲(chǔ)氫2、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫3、冷液化儲(chǔ)氫4、金屬氫化物5、吸附儲(chǔ)氫密度高、但能耗大、且有自然揮發(fā)5.3氫氣的儲(chǔ)存1/2/20231321、常壓儲(chǔ)氫密度高、但能耗大、且有自然揮發(fā)5.3氫氣的儲(chǔ)存在常壓和20K溫度下，氣態(tài)氫可液化為液態(tài)氫，液態(tài)的密度是氣態(tài)氫的845倍。深冷液化貯氫，其體積能量密度高，儲(chǔ)存容器體積小。液化儲(chǔ)存面臨兩個(gè)主要難題：①氫氣的深冷液化能耗高；②液氫的儲(chǔ)存和保養(yǎng)問(wèn)題：由于液氫儲(chǔ)器內(nèi)的溫度與環(huán)境溫度的溫差大(253℃土25℃)，給液氫的保冷、防止揮發(fā)、儲(chǔ)器材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等提出了苛刻的要求。冷液化儲(chǔ)氫1/2/2023133在常壓和20K溫度下，氣態(tài)氫可液化為液態(tài)氫，液態(tài)的液化儲(chǔ)存面氫的存儲(chǔ)：氣體氫：液態(tài)氫：

儲(chǔ)存

難題儲(chǔ)氫密度遠(yuǎn)高于氣態(tài)，但氫氣的液化溫度為-252.6℃，液化過(guò)程耗費(fèi)大量的能源，需采用超低溫的特殊容器，價(jià)格昂貴主要用高壓鋼瓶，儲(chǔ)氫量小，儲(chǔ)氫密度低，使用不方便解決方式：研發(fā)儲(chǔ)氫材料1/2/2023134氫的存儲(chǔ)：氣體氫：儲(chǔ)存儲(chǔ)氫密度遠(yuǎn)高于氣態(tài)，但氫氣的液化儲(chǔ)氫材料應(yīng)具備的條件1、儲(chǔ)氫量大：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積儲(chǔ)氫量大2、平衡氫壓適當(dāng)：最好在室溫附近只有幾個(gè)大氣壓，便于儲(chǔ)氫和放氫。且P-C-T曲線有良好的平坦區(qū)，平坦區(qū)越寬，傾斜程度越小，在該區(qū)域稍微改變壓力，就能吸收和釋放較多的氫氣；3、金屬氫化物的生成熱要適當(dāng)，若生成熱太高，生成的金屬氫化物過(guò)于穩(wěn)定，釋氫時(shí)就需要較高的溫度。1/2/2023135儲(chǔ)氫材料應(yīng)具備的條件1、儲(chǔ)氫量大：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積儲(chǔ)氫量大一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時(shí)放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會(huì)分解，將儲(chǔ)存在其中的氫釋放出來(lái)。這些會(huì)“吸收”氫氣的金屬，稱為儲(chǔ)氫合金。儲(chǔ)氫合金1/2/2023136一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠金屬氫化物儲(chǔ)氫原理某些過(guò)渡金屬、合金、金屬間化合物，由于其特殊的晶格結(jié)構(gòu)等原因，在一定條件下，氫原子比較容易進(jìn)入金屬晶格的四面體或八面體間隙中，形成金屬氫化物，可儲(chǔ)存比其體系大1000—1300倍的氫。當(dāng)金屬氫化物受熱時(shí)，又可釋放出氫氣。優(yōu)點(diǎn)：可儲(chǔ)存相當(dāng)于合金自身體積上千倍的氫氣，吸氫密度超過(guò)液態(tài)氫和固態(tài)氫密度，輕便安全。1/2/2023137金屬氫化物儲(chǔ)氫原理優(yōu)點(diǎn)：12/18/202235金屬氫化物儲(chǔ)氫原理氫能與許多金屬、合金或金屬間化合物反應(yīng)生成金屬氫化物，并釋放出熱量；金屬氫化物受熱時(shí)，又釋放出氫氣，反應(yīng)式為：M—含氫固溶體ΔH—反應(yīng)熱P1,T1—吸氫時(shí)體系所需的壓力和溫度P2,T2—釋氫時(shí)體系所需的壓力和溫度1/2/2023138金屬氫化物儲(chǔ)氫原理氫能與許多金屬、合金或金屬間化合物反應(yīng)生成儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫能力很強(qiáng)。單位體積儲(chǔ)氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍。儲(chǔ)氫合金都是固體，需要用氫時(shí)通過(guò)加熱或減壓使儲(chǔ)存于其中的氫釋放出來(lái)，因此是一種極其簡(jiǎn)便易行的理想儲(chǔ)氫方法。目前研究發(fā)展中的儲(chǔ)氫合金，主要有鈦系儲(chǔ)氫合金、鋯系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ)氫合金及稀土系儲(chǔ)氫合金。1/2/2023139儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫能力很強(qiáng)。單位體積儲(chǔ)氫的密度，是相同溫度、壓力條貯氫合金的分類（按合金系統(tǒng)）貯氫合金材料

鎂系貯氫合金稀土貯氫合金鈦系貯氫合金

鋯系貯氫合金

鈣系貯氫合金

1/2/2023140貯氫合金的分類貯氫合金材料鎂系貯氫合金稀土貯氫合金鈦系貯氫貯氫合金材料

貯氫合金的分類（按化合物的類型）AB5型稀土類及鈣系貯氫合金

AB2型Laves相貯氫合金

AB型鈦系貯氫合金

A2B型鎂系貯氫合金

1/2/2023141貯氫合金材料貯氫合金的分類AB5型稀土類及鈣系貯氫合金A儲(chǔ)氫材料的類型稀土鑭鎳系、鈦鐵系、鎂系、鈦/鋯系LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)TiFe(s)+H2(g)TiFeH2(s)Mg2Ni(s)+3H2(g)MgH2(s)+NiMgH4(s)1/2/2023142儲(chǔ)氫材料的類型稀土鑭鎳系、鈦鐵系、鎂系、鈦/鋯系LaNiLaNi5儲(chǔ)氫合金(金屬間化合物)：荷蘭Philips實(shí)驗(yàn)室首先研制LaNi5H6六方結(jié)構(gòu)(氫原子占據(jù)晶格的四面體間隙)1/2/2023143LaNi5儲(chǔ)氫合金(金屬間化合物)：LaNi5H6六方結(jié)構(gòu)TiFe金屬間化合物:美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室TiFe金屬間化合物結(jié)構(gòu)(CsCl結(jié)構(gòu))1/2/2023144TiFe金屬間化合物:美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室TiF以鋯為A組元的儲(chǔ)氫合金：ZrV2,ZrCr2,ZrCo2,ZrFe2等AB2型合金的結(jié)構(gòu)模型(立方C14或六方C15晶系)c15A組元B組元1/2/2023145以鋯為A組元的儲(chǔ)氫合金：AB2型合金的結(jié)構(gòu)模型c1鎂系：美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)：儲(chǔ)氫容量高資源豐富價(jià)格低廉放氫溫度高（250－300℃）放氫動(dòng)力學(xué)性能較差1/2/2023146鎂系：美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)：12/18/20改善：多元合金化，如Mg-Ni,Mg-Cu,Mg-La,Mg-Al等二元系為基的三元、多元合金。Mg2Ni六方晶格四方晶格1/2/2023147改善：多元合金化，如Mg-Ni,Mg-Cu,Mg-La,貯氫合金材料

優(yōu)點(diǎn)：吸氫量大平衡壓力適中而平坦放氫快，滯后小容易活化，室溫下即可活化具有良好的抗雜質(zhì)氣體中毒性缺點(diǎn)：成本高，大規(guī)模使用受到限制吸放氫過(guò)程中晶胞體積膨脹大1/2/2023148貯氫合金材料優(yōu)點(diǎn)：吸氫量大平衡壓力適中而平坦放氫快，滯后小儲(chǔ)氫合金在應(yīng)用時(shí)還存在以下問(wèn)題：對(duì)氣體雜質(zhì)的高度敏感性；初始活化困難；氫化物在空氣中自燃；反復(fù)吸釋氫時(shí)氫化物產(chǎn)生歧化。新型儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)：如非晶態(tài)合金、過(guò)渡金屬絡(luò)合物及一些非金屬材料。1/2/2023149儲(chǔ)氫合金在應(yīng)用時(shí)還存在以下問(wèn)題：新型儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)：12/1活性炭?jī)?chǔ)氫1）活性炭?jī)?chǔ)氫１９８０年發(fā)現(xiàn)活性炭在６５K和4.15ＭＰａ時(shí)下，可獲得５．２％的吸氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。２０００年，Orimo發(fā)現(xiàn)液氮下，某些石墨可以吸附７．４％的氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

。２０００年，天津大學(xué)周理教授開(kāi)發(fā)一種活性炭復(fù)合物理方法，壓片，７７Ｋ、６Ｍｐａ下可獲得１０．８％的儲(chǔ)氫量。２）活性炭?jī)?chǔ)存天然氣

目前北京市天然氣的存儲(chǔ)壓力為２０ＭＰａ，而采用活性炭的吸附存儲(chǔ)壓力可大大降低，約為3.5Ｍｐａ。目前最具存儲(chǔ)潛力的是活性炭纖維，它的優(yōu)點(diǎn)有：總表面大計(jì)及微孔豐富；吸附和解吸速度快；通氣性佳，低粉塵、量輕，容易制成各種形狀。1/2/2023150活性炭?jī)?chǔ)氫1）活性炭?jī)?chǔ)氫12/18/202248活性炭具有較高的比表面積，尤其是優(yōu)質(zhì)活性炭的比表面積可達(dá)2000m2／g以上，利用低溫加壓可吸附儲(chǔ)氫?；钚蕴课絻?chǔ)氫如：在-120℃、5.5MPa下，活性炭?jī)?chǔ)氫量高達(dá)9.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。特點(diǎn)：活性炭吸附儲(chǔ)氫器體積比金屬氫化物儲(chǔ)氫體系稍大；活性炭原料易得；吸附儲(chǔ)氫和脫氫操作比較簡(jiǎn)單；投資費(fèi)用較低?；钚蕴?/2/2023151活性炭具有較高的比表面積，尤其是優(yōu)質(zhì)活性炭活性炭吸附儲(chǔ)氫如：納米碳儲(chǔ)氫1）納米碳的發(fā)現(xiàn)１９８５年Carl,Smalley,Kroto發(fā)現(xiàn)C60,富勒烯或巴基球。

1991年Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管納米碳管的制備方法a.電弧放電法b.激光蒸發(fā)法c.化學(xué)氣相沉積法d.火焰法1/2/2023152納米碳儲(chǔ)氫1）納米碳的發(fā)現(xiàn)納米碳管的制備方法12/18/20富勒烯(C60)和碳納米管(CNT)對(duì)氫氣具有較強(qiáng)的吸附作用。富勒烯(C60)高功率激光轟擊石墨，使石墨中的碳原子氣化，用氦氣流把氣態(tài)碳原子送入真空室，迅速冷卻后形成碳原子簇。C60呈球籠狀，是一個(gè)完美對(duì)稱的分子。1/2/2023153富勒烯(C60)和碳納米管(CNT)對(duì)氫氣具有較強(qiáng)的富勒烯(碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖

碳納米管是由石墨片卷曲而成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑在零點(diǎn)幾個(gè)納米到幾十納米之間。管壁是一種類似于石墨片的碳六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。1/2/2023154碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖碳納米管是由石墨片卷曲而成的中空管狀結(jié)構(gòu)納米碳管儲(chǔ)氫-美學(xué)者Dillon1997首開(kāi)先河

單壁納米碳管束TEM照片多壁納米碳管TEM照片1/2/2023155納米碳管儲(chǔ)氫-美學(xué)者Dillon1997首開(kāi)先河

單壁納米碳充、放電原理：充電過(guò)程正極：負(fù)極：放電過(guò)程正極：負(fù)極：負(fù)極：氫化物電極正極：Ni(OH)2電極電解質(zhì)：堿溶液（KOH水溶液)Ni-MH電池1/2/2023156充、放電原理：充電過(guò)程正極：負(fù)極：放電過(guò)程正Ni/MHx電池充放電過(guò)程示意圖1/2/2023157Ni/MHx電池充放電過(guò)程示意圖12/18/202255Ni-MH電池優(yōu)點(diǎn)：①可吸收高達(dá)本身體積100倍的氫，儲(chǔ)存能力極強(qiáng);②鎳氫電池的能量密度比鎳鎘電池大，其容量約為鎳鎘電池的2倍；③用專門的充電器可在一小時(shí)內(nèi)快速充電，內(nèi)阻較低，一般可進(jìn)行500次以上的充放電循環(huán)，無(wú)記憶效應(yīng)。④不含汞和鎘，不必回收，為目前最符合環(huán)保的電池。1/2/2023158Ni-MH電池優(yōu)點(diǎn)：12/18/202256Ni-MH電池與Ni-Cd充電池比較

鎳鎘電池(Ni-Cd)優(yōu)點(diǎn)：可以耐過(guò)充電，可重覆約500次的充放電缺點(diǎn)：①充放電時(shí)，陰極會(huì)長(zhǎng)出鎘的針狀結(jié)晶，有時(shí)會(huì)穿透隔膜而引起內(nèi)部枝狀晶體式的短路；

②含有鎘，有毒，必須回收；③有記憶效應(yīng)。1/2/2023159Ni-MH電池與Ni-Cd充電池比較

鎳鎘電池(Ni-C缺點(diǎn)：價(jià)格高于鎳鎘電池，性能比鋰電池差。1/2/2023160缺點(diǎn)：12/18/202258氫汽車——一種完全以氫氣作為燃料替代汽油的新型汽車。氫能汽車類型：放置儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫箱，直接燃燒氫的儲(chǔ)氫箱型；利用鎳氫電池的電動(dòng)型；以燃料電池為動(dòng)力的燃料電池型。1/2/2023161氫汽車——一種完全以氫氣作為燃料替代汽油的新氫能汽車類型：1儲(chǔ)氫箱1/2/2023162儲(chǔ)氫箱12/18/202260儲(chǔ)氫箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖使用兩種儲(chǔ)氫合金作燃料箱1/2/2023163儲(chǔ)氫箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖使用兩種儲(chǔ)氫合金作燃料箱12/18/20據(jù)PhysOrg網(wǎng)2005年10月24日消息，最近一家名為Engineuity的以色列公司發(fā)明了一種能夠在汽車內(nèi)產(chǎn)生氫氣的技術(shù)系統(tǒng)，而且只需要使用鎂和鋁等普通金屬。這一技術(shù)將完全解決汽車在氫氣制造、運(yùn)輸和儲(chǔ)存方面的所有相關(guān)難點(diǎn)。1/2/2023164據(jù)PhysOrg網(wǎng)2005年10月24日消息，最近一家名為E2005年4月，在上海國(guó)際車展上寶馬集團(tuán)展示了以“寶馬清潔能源”為主題的新型氫能實(shí)驗(yàn)賽車，表明了使用液氫內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的可行性和美好前景。寶馬H2R型氫能實(shí)驗(yàn)賽車1/2/20231652005年4月，在上海國(guó)際車展上寶馬集團(tuán)展示了以“寶馬清潔能燃料電池1）定義

一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%-80%。2）熱力學(xué)計(jì)算a.標(biāo)準(zhǔn)理論可逆電動(dòng)勢(shì)以水為例：b.實(shí)際電池的電動(dòng)勢(shì)（能斯特方程）c.電池電壓Er與溫度的實(shí)用關(guān)系為：

1/2/2023166燃料電池1）定義 12/18/202264燃料電池的基本構(gòu)成1/2/2023167燃料電池的基本構(gòu)成12/18/202265燃料電池的基本構(gòu)成1/2/2023168燃料電池的基本構(gòu)成12/18/202266燃料電池燃料