第4章 儲(chǔ)氫材料

第4章貯氫合金貯氫材料(Hydrogenstoragematerials)是在通常條件下能可逆地大量吸收和放出氫氣的特種金屬材料。14.1.1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）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！??！24.1.2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34.1.3實(shí)現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)44.1.4不同儲(chǔ)氫方式的比較5

貯氫材料的作用相當(dāng)于貯氫容器。

貯氫材料在室溫和常壓條件下能迅速吸氫(H2)并反應(yīng)生成氫化物，使氫以金屬氫化物的形式貯存起來(lái)，在需要的時(shí)候，適當(dāng)加溫或減小壓力使這些貯存著的氫釋放出來(lái)以供使用。固態(tài)儲(chǔ)氫6貯氫材料中，氫密度極高，下表列出幾種金屬氫化物中氫貯量及其他氫形態(tài)中氫密度值。7(1)相對(duì)氫氣瓶重量從表中可知，金屬氫化物的氫密度與液態(tài)氫、固態(tài)氫的相當(dāng)，約是氫氣的1000倍。8不同貯氫方式占用體積比較9氫含量比較10

另外，一般貯氫材料中，氫分解壓較低，所以用金屬氫化物貯氫時(shí)并不必用101.3MPa(1000atm)的耐壓鋼瓶。11固態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)：體積儲(chǔ)氫容量高無(wú)需高壓及隔熱容器安全性好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)可得到高純氫，提高氫的附加值12可見(jiàn)，利用金屬氫化物貯存氫從容積來(lái)看是極為有利的。但從氫所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)看，仍比液態(tài)氫、固態(tài)氫低很多，尚需克服很大困難，尤其體現(xiàn)在對(duì)汽車工業(yè)的應(yīng)用上。13

當(dāng)今汽車工業(yè)給環(huán)境帶來(lái)惡劣的影響，因此汽車工業(yè)一直期望用以氫為能源的燃料電池驅(qū)動(dòng)的環(huán)境友好型汽車來(lái)替代。14對(duì)于以氫為能源的燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，不僅要求貯氫系統(tǒng)的氫密度高，而且要求氫所占貯氫系統(tǒng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高(估算須達(dá)到(H)=6.5％)，當(dāng)前的金屬氫化物貯氫技術(shù)還不能滿足此要求。因此，高容量貯氫系統(tǒng)是貯氫材料研究中長(zhǎng)期探求的目標(biāo)。15

貯氫材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用研究始于20世紀(jì)60年代，1960年發(fā)現(xiàn)鎂(Mg)能形成MgH2，其吸氫量高達(dá)(H)＝7.6％，但反應(yīng)速度慢。4.1.5貯氫材料研究現(xiàn)狀161964年，研制出Mg2Ni，其吸氫量為(H)=3.6％，能在室溫下吸氫和放氫，250℃時(shí)放氫壓力約0.1MPa，成為最早具有應(yīng)用價(jià)值的貯氫材料。17同年在研究稀土化合物時(shí)發(fā)現(xiàn)了LaNi5具有優(yōu)異的吸氫特性;1974年又發(fā)現(xiàn)了TiFe貯氫材料。LaNi5和TiFe是目前性能最好的貯氫材料。184.2貯氫原理1、金屬與氫氣生成金屬氫化物的反應(yīng)2、金屬氫化物的能量貯存、轉(zhuǎn)換3、金屬氫化物的相平衡和熱力學(xué)19金屬和氫的化合物統(tǒng)稱為金屬氫化物。元素周期表中所有金屬元素的氫化物在20世紀(jì)60年代以前就已被探明，并被匯總于專著中。1、金屬與氫氣生成金屬氫化物的反應(yīng)20

元素周期表中IA族元素(堿金屬)和IIA族元素(堿土金屬)分別與氫形成MH、MH2化學(xué)比例成分的NaCl型或離子鍵型氫化物，氫以H-離子狀態(tài)存在。是白色或接近白色的粉末，是穩(wěn)定的化合物。21從IB族到IVA族的金屬氫化物，因是共價(jià)鍵性很強(qiáng)的化合物，稱為共價(jià)鍵型氫化物，例如:SiH4、CuH等。這些化合物多數(shù)是低沸點(diǎn)的揮發(fā)性化合物，不能作貯氫材料用。22從IIIB族到VIII族的金屬氫化物，稱為金屬鍵型氫化物，它們是黑色粉末。其中，IIIB族、IVB族元素形成的氫化物比較穩(wěn)定(生成焓為負(fù)、數(shù)值大，平衡分解氫壓低)，如LaH3、TiH2氫化物。氫以H+形成固溶體。23

VB族元素也和氣體氫直接發(fā)生反應(yīng)，生成VH2、NbH2氫化物。在1atm下，這些氫化物的溫度在常溫附近，它們能夠是在常溫下貯藏釋放氫的材料。

VIB族到VIII族的金屬中，除Pd外，都不形成穩(wěn)定的氫化物。24各種金屬與氫反應(yīng)性質(zhì)的不同可以從氫的溶解熱數(shù)據(jù)中反映出來(lái)。25金屬的氫的溶解熱是負(fù)(放熱)的很大的值，稱為吸收氫的元素；

金屬顯示出正(吸熱)的值或很小的負(fù)值，稱為非吸收氫的元素；

VB族(V，Nb，Ta）金屬剛好顯示出兩者中間的數(shù)值。262、金屬貯氫原理

金屬氫化物可以作為能量貯存、轉(zhuǎn)換材料，其原理是：

金屬吸留氫形成金屬氫化物，然后對(duì)該金屬氫化物加熱，并把它放置在比其平衡壓低的氫壓力環(huán)境中使其放出吸留的氫，其反應(yīng)式如下：27

式中，M---金屬；MHy---金屬氫化物P---氫壓力；H---反應(yīng)的焓變化

MHx--金屬含氫的固溶體放氫,吸熱吸氫,放熱反應(yīng)進(jìn)行的方向取決于溫度和氫壓力。28實(shí)際上，上式表示反應(yīng)過(guò)程具有化學(xué)能(氫)、熱能(反應(yīng)熱)、機(jī)械能(平衡氫氣壓力)的貯存和相互轉(zhuǎn)換功能。這種能量的貯存和相互轉(zhuǎn)換功能可用于氫或熱的貯存或運(yùn)輸、熱泵、冷氣暖氣設(shè)備、化學(xué)壓縮機(jī)、化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)、氫的同位素分離、氫提純和氫汽車等。29放氫,吸熱吸氫,放熱由上面的反應(yīng)式可知，貯氫材料最佳特性是在實(shí)際使用的溫度、壓力范圍內(nèi)，以實(shí)際使用的速度，可逆地完成氫的貯藏釋放。30

實(shí)際使用的溫度、壓力范圍是根據(jù)具體情況而確定的。一般是從常溫到400℃，從常壓到100atm左右，特別是以具有常溫常壓附近的工作的材料作為主要探討的對(duì)象。31具有常溫常壓附近工作的純金屬的氫化物里，顯示出貯氫材料性能的有釩的氫化物(VH2)和鎂的氫化物(MgH2)。但是MgH2在純金屬中反應(yīng)速度很慢，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。32

貯氫合金材料都服從的經(jīng)驗(yàn)法則是“貯氫合金是氫的吸收元素(IA—IVA族金屬)和氫的非吸收元素(VIA-VIII族金屬)所形成的合金”。如在LaNi5里L(fēng)a是前者，Ni是后者；在FeTi里Ti是前者，F(xiàn)e是后者。即，合金氫化物的性質(zhì)介于其組元純金屬的氫化物的性質(zhì)之間。33然而，氫吸收元素和氫非吸收元素組成的合金，不一定都具備貯氫功能。例如在Mg和Ni的金屬間化合物中，有Mg2Ni和MgNi2。Mg2Ni可以和氫發(fā)生反應(yīng)生成Mg2NiH4氫化物，而MgNi2在100atm左右的壓力下也不和氫發(fā)生反應(yīng)。34另外，作為L(zhǎng)a和Ni的金屬間化合物，除LaNi5外，還有LaNi，LaNi2等。

LaNi，LaNi2也能和氫發(fā)生反應(yīng)，但生成的La的氫化物非常穩(wěn)定，不釋放氫，反應(yīng)的可逆性消失了。35因此，作為貯氫材料的另一個(gè)重要條件是要存在與合金相的金屬成分一樣的氫化物相。例如LaNi5H6相對(duì)于LaNi5，Mg2NiH4相對(duì)于Mg2Ni那樣。36

總之，金屬(合金)氫化物能否作為能量貯存、轉(zhuǎn)換材料取決于氫在金屬(合金)中吸收和釋放的可逆反應(yīng)是否可行。37氫在金屬合金中的吸收和釋放又取決于金屬合金和氫的相平衡關(guān)系。影響相平衡的因素為溫度、壓力和組成成分，這些參數(shù)就可用于控制氫的吸收和釋放過(guò)程。38

3、金屬氫化物的相平衡和熱力學(xué)

金屬-氫系的相平衡由溫度T、壓力p和組成成分c三個(gè)狀態(tài)參數(shù)控制。用溫度、壓力、成分組成二元直角坐標(biāo)可以完整地表示出金屬--氫系相圖。39在T--c面上的投影為溫度--成分圖(T--c圖)，在p--c面上的投影為壓力--成分圖(p--c圖)。下圖為M--H2系的典型的壓力--成分等溫曲線圖。40p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對(duì)應(yīng)一個(gè)M原子的氫原子數(shù)/n金屬--氫系理想的p--c圖

T1、T2、T3表示三個(gè)不同溫度下的等溫曲線。橫軸表示固相中的氫原子H和金屬原子M的比(H/M)，縱軸是氫壓。41

T1保持不動(dòng)，pH2緩慢升高時(shí)，氫溶解到金屬中，H/M應(yīng)沿曲線AB增大。固溶了氫的金屬相叫做相。達(dá)到B點(diǎn)時(shí)，相和氫氣發(fā)生反應(yīng)生成氫化物相，即相。p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對(duì)應(yīng)一個(gè)M原子的氫原子數(shù)/n42當(dāng)變到C點(diǎn)時(shí)，所有的相都變?yōu)橄?，此后?dāng)再次逐漸升高壓力時(shí)，相的成分就逐漸靠近化學(xué)計(jì)量成分。BC之間的等壓區(qū)域(平臺(tái))的存在可用Gibbs相律解釋。p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對(duì)應(yīng)一個(gè)M原子的氫原子數(shù)/n43設(shè)某體系的自由度為f，獨(dú)立成分?jǐn)?shù)為k，相數(shù)為p，它們的關(guān)系可表示為：

f=k-p+2該體系中獨(dú)立成分是M和H，即k=2，所以f＝4-p。44

(1)AB氫的固溶區(qū)域，該區(qū)存在的相是相和氣相，p＝2，所以f＝2。因而即使溫度保持一定，壓力也可變化。AB表示在溫度T1時(shí)氫的溶解度隨壓力變化的情況。p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對(duì)應(yīng)一個(gè)M原子的氫原子數(shù)/n45(2)BC平臺(tái)的區(qū)域，該區(qū)存在的相是相、相和氣相，p=3，所以f＝1。在下面的反應(yīng)：p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對(duì)應(yīng)一個(gè)M原子的氫原子數(shù)/n放氫,吸熱吸氫,放熱完成之前，壓力為一定值。46若相成分為n，相成分為m，則在溫度T1時(shí)等壓區(qū)域里的反應(yīng)為：此時(shí)的平衡氫壓，即為金屬氫化物的平衡分解壓。平衡分解壓隨溫度上升呈指數(shù)函數(shù)增大。達(dá)到臨界溫度以前，隨溫度上升平臺(tái)的寬度逐漸減小，即有效氫容量減小。47(3)CD氫化物相的不定比區(qū)域，該區(qū)存在的相是相和氣相，p＝2，所以f＝2，壓力可再一次發(fā)生變化。p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對(duì)應(yīng)一個(gè)M原子的氫原子數(shù)/n48

反應(yīng)平衡氫壓p與溫度之間，在一定的溫度范圍內(nèi)近似地符合Van't--Hoff關(guān)系式：式中H---金屬氫化物的生成焓；S---熵變量；R---氣體常數(shù)。對(duì)于反應(yīng)式:49若相對(duì)于l/T繪制lnp圖，則應(yīng)得到一條直線。對(duì)各種金屬氫化物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行作圖，一般可得到良好的直線關(guān)系，如下圖所示。50平衡氫壓／Mpa各種貯氫合金的平衡氫壓與溫度的關(guān)系(Mm為混合稀土合金)

由直線的斜率可求出H，由直線在lnp軸上的截距可求出

S。直線上側(cè)是，合金吸氫，生成氫化物，同時(shí)放熱，反之釋氫。51300K時(shí)，氫氣的熵值為31cal/K.mol.H2，與之相比，金屬氫化物中氫的熵值較小，即式：向右反應(yīng)的熵減少。所有的金屬氫化物一般都有可視為S＝30cal/k.mol.H2。52設(shè)常溫下金屬氫化物的氫分解壓變化范圍為0.01~1MPa，從式：可得出H為-7~-11kcal/mol·H2。53

氫化物生成焓H為-7～-11kcal/mol·H2的純金屬僅有V族金屬元素中的V、Nb、Ta等，因其氫化物在室溫附近的氫分解壓很低而不適于做貯氫材料。54

合金中，放熱型金屬組分的作用是借助它與氫牢固結(jié)合，將氫吸貯在金屬內(nèi)部；與氫無(wú)親和力的吸熱型金屬，使合金的氫化物具有適度的氫分解壓。另外，合金生成熱的大小對(duì)形成氫化物時(shí)的生成焓大小有一定的影響。55設(shè)ABn(n＞1)型金屬間化合物中，A為放熱型金屬，B為吸熱型金屬，伴隨著氫化物的生成，形成A--H鍵與B--H鍵，同時(shí)，A--B鍵減少。如應(yīng)用最近鄰效應(yīng)(nearestneighboreffect)近似法，則氫化物的生成熱可用下式表示：H(ABnH2m)＝H(AHm)+H(BnHm)-H(ABn)56式中，AHm的生成熱為很大的負(fù)值；BnHm的生成熱為較小的正值。其中這兩項(xiàng)與金屬元素種類的關(guān)系不大，故ABnH2m的生成熱實(shí)際上由ABn的生成熱大小決定。H(ABnH2m)＝H(AHm)+H(BnHm)-H(ABn)57即ABn越穩(wěn)定，則ABnH2m越不穩(wěn)定，氫化物的分解壓越高，這種規(guī)律稱為逆穩(wěn)定規(guī)則（theruleofreversedstability)。具有最佳分解壓的二元素貯氫合金有LaNi5，TiFe，TiMn1.5等。58總之：純金屬作為貯氫合金無(wú)法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用。貯氫合金是氫的吸收元素(即放熱型)和氫的非吸收元素(吸熱型)所形成的合金。要存在與合金相的金屬成分一樣的氫化物相。ABn越穩(wěn)定，則ABnH2m越不穩(wěn)定，氫化物的分解壓越高。594.3（1）儲(chǔ)氫材料應(yīng)具備的條件

①易活化，氫的吸儲(chǔ)量大；②用于儲(chǔ)氫時(shí)生成熱盡量小，而用于蓄熱時(shí)生成熱盡量大；③在一個(gè)很寬的組成范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定合適的平衡分解壓(室溫分解壓2~3atm)；60

④氫吸收和分解過(guò)程中的平衡壓差(滯后)?。虎輾涞姆@和釋放速度快；⑥金屬氫化物的有效熱導(dǎo)率大；61

⑦在反復(fù)吸、放氫的循環(huán)過(guò)程中，合金的粉化小，性能穩(wěn)定性好；⑧對(duì)不純物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力強(qiáng)；⑨儲(chǔ)氫材料價(jià)廉。

62（2）影響儲(chǔ)氫材料吸儲(chǔ)能力的因素

①活化處理制造儲(chǔ)氫材料時(shí)，表面被氧化物覆蓋及吸附著水和氣體等會(huì)影響氫化反應(yīng)，采用加熱減壓脫氣或高壓加氫處理。63

②耐久性和中毒

耐久性是指儲(chǔ)氫材料反復(fù)吸儲(chǔ)的性質(zhì)。向儲(chǔ)氫材料供給新的氫氣時(shí)帶入的不純物使吸儲(chǔ)氫的能力下降稱為“中毒”。

③粉末化

在吸儲(chǔ)和釋放氫的過(guò)程中，儲(chǔ)氫材料反復(fù)膨脹和收縮，從而導(dǎo)致出現(xiàn)粉末現(xiàn)象。64④儲(chǔ)氫材料的導(dǎo)熱性在反復(fù)吸儲(chǔ)和釋放氫的過(guò)程中，形成微粉層使導(dǎo)熱性能很差，氫的可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)要求將其及時(shí)導(dǎo)出。⑤滯后現(xiàn)象和坪域用于熱泵系統(tǒng)的儲(chǔ)氫材料，滯后現(xiàn)象應(yīng)小，坪域宜寬。⑥安全性654.4貯氫合金的種類

①鎂系合金②稀土系合金③鈦系合金④鋯系合金66①鎂系合金鎂在地殼中藏量豐富。MgH2是唯一一種可供工業(yè)利用的二元化合物，價(jià)格便宜，而且具有最大的儲(chǔ)氫量。MgH2缺點(diǎn)：釋放溫度高且速度慢，抗腐蝕能力差。67

新開(kāi)發(fā)的鎂系吸氫合金Mg2Ni1-xMx(M=V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co)和Mg2-xMxNi(Al，Ca)比MgH2的性能好。68

鎂系吸氫合金的潛在應(yīng)用在于可有效利用250～400℃的工業(yè)廢熱，工業(yè)廢熱提供氫化物分解所需的熱量。目前，Mg2Ni

系合金在二次電池負(fù)極方面的應(yīng)用已成為一個(gè)重要的研究方向。69②稀土系合金人們很早就發(fā)現(xiàn)，稀土金屬與氫氣反應(yīng)生成稀土氫化物REH2，這種氫化物加熱到1000℃以上才會(huì)分解。而在稀土金屬中加入某些第二種金屬形成合金后，在較低溫度下也可吸放氫氣，通常將這種合金稱為稀土貯氫合金。70在已開(kāi)發(fā)的一系列貯氫材料中，稀土系貯氫材料性能最佳，應(yīng)用也最為廣泛。

稀土系貯氫材料的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大到能源、化工、電子、宇航、軍事及民用各個(gè)方面。71例如，用于化學(xué)蓄熱和化學(xué)熱泵的稀土貯氫合金可以將工廠的廢熱等低質(zhì)熱能回收、升溫，從而開(kāi)辟出了人類有效利用各種能源的新途徑。72利用稀土貯氫材料釋放氫氣時(shí)產(chǎn)生的壓力，可以用作熱驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力；采用稀土貯氫合金可以實(shí)現(xiàn)體積小、重量輕、輸出功率大，可用于制動(dòng)器升降裝置和溫度傳感器。73典型的貯氫合金LaNi5是1969年荷蘭菲利浦公司發(fā)現(xiàn)的，從而引發(fā)了人們對(duì)稀土系儲(chǔ)氫材料的研究。74以LaNi5

為代表的稀土儲(chǔ)氫合金被認(rèn)為是所有儲(chǔ)氫合金中應(yīng)用性能最好的一類。

優(yōu)點(diǎn)：初期氫化容易，反應(yīng)速度快，吸-放氫性能優(yōu)良。20℃時(shí)氫分解壓僅幾個(gè)大氣壓。

缺點(diǎn)：鑭價(jià)格高，循環(huán)退化嚴(yán)重，易粉化。75采用混合稀土(La，Ce，Sm)Mm替代La可有效降低成本，但氫分解壓升高，滯后壓差大，給使用帶來(lái)困難。采用第三組分元素M(Al，Cu，F(xiàn)e，Mn,Ga，In，Sn，B，Pt，Pd，Co，Cr，Ag，Ir)替代部分Ni是改善LaNi5和MmNi5儲(chǔ)氫性能的重要方法。76③鈦系合金Ti-Ni：TiNi，Ti2Ni，TiNi-Ti2Ni，Ti1-yZryNix，TiNi-Zr7Ni10，TiNiMmTi-Fe：

價(jià)廉，儲(chǔ)氫量大，室溫氫分解壓只有幾個(gè)大氣壓，很合乎使用要求。但是活化困難，易中毒。77Ti-Mn：粉化嚴(yán)重，中毒再生性差。添加少量其它元素(Zr,Co,Cr,V)可進(jìn)一步改善其性能。其中，TiMn1.5Si0.1，Ti0.9Zr0.2Mn1.40Cr0.4

具有很好的儲(chǔ)氫性能。另外，四、五元合金也是發(fā)展的方向。

78④鋯系合金

鋯系合金具有吸氫量高，反應(yīng)速度快，易活化，無(wú)滯后效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，氫化物生成熱大，吸放氫平臺(tái)壓力低，價(jià)貴，限制了它的應(yīng)用。

AB2→ZrV2，ZrCr2，ZrMn2

儲(chǔ)氫量比AB5型合金大，平衡分解壓低。79Zr(Mn，Ti，F(xiàn)e)2和Zr(Mn，Co，Al)2合金適合于作熱泵材料。Ti17Zr16Ni39V22Cr7

已成功用于鎳氫電池，有寬廣的元素替代容限，設(shè)計(jì)不同的合金成分用來(lái)滿足高容量，高放電率，長(zhǎng)壽命，低成本不同的要求。80⑤非晶態(tài)貯氫合金具有更大的貯氫量；具有較高的耐磨性；具有較高的循環(huán)使用能力；吸氫后體積膨脹??；但如何防止其吸氫過(guò)程中晶化是關(guān)鍵。81⑥復(fù)合貯氫合金機(jī)械合金化制備復(fù)合貯氫合金高密度的相界面為氫的擴(kuò)散提供了快速通道，有利于貯氫動(dòng)力學(xué)特征的改善；納米相間通過(guò)相界面的相互作用有利于吸釋氫反應(yīng)的進(jìn)行。824.5貯氫材料的應(yīng)用

氫與金屬間化合物在生成金屬氫化物和釋放氫的過(guò)程中，可以產(chǎn)生以下功能：(1)有熱的吸收和釋放現(xiàn)象，氫可作為一種化學(xué)能加以利用；(2)熱的釋放與吸收也可作為一種熱力功能加以利用；83(3)在一密封容器中，金屬氫化物所釋放出氫的壓力與溫度有一定關(guān)系，利用這種壓力可做機(jī)械功；(4)金屬氫化物在吸收氫過(guò)程中還伴隨著電化學(xué)性能的變化，可直接產(chǎn)生電能，這就是電化學(xué)功能。84充分利用這化學(xué)、機(jī)械、熱、電四大功能，可以開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品；同時(shí)，吸、放氫多次后，金屬氫化物會(huì)自粉碎成細(xì)粉，表面性能非?；顫?，用作催化劑很有潛力，這種表面效應(yīng)功能也很有開(kāi)發(fā)前途。85

金屬氫化物貯氫材料的應(yīng)用領(lǐng)域很多，而且還在不斷發(fā)展之中，下面介紹貯氫材料應(yīng)用的幾個(gè)主要方面。861、高容量貯氫器用高貯氫量的貯氫材料以及高強(qiáng)鋁合金貯罐，從工藝上降低成本，減輕重量，這種高容量貯氫器可在氫能汽車、氫電動(dòng)車、氫回收、氫凈化、氫運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。87利用貯氫材料吸收氫的特性，可從氯堿、合成氨的工業(yè)廢氣中回收氫；可方便而廉價(jià)地獲取超高純H2(99.9999％)，實(shí)現(xiàn)氫的凈化；還可將難與氫分離的氣體，如氦經(jīng)濟(jì)地分離出來(lái)，無(wú)須慣用的深冷方法而實(shí)現(xiàn)氫的分離；88可用于吸收核反應(yīng)堆的重水慢化器及冷卻器中產(chǎn)生的氫、氖、氚等氫同位素，以避免核反應(yīng)器材料的氫脆和防止環(huán)境污染，對(duì)吸收的氫同位索還可以利用貯氫材料的氫化物與氘化物平衡壓力的差異、經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)氫氘分離，即氫的同位素分離。892、靜態(tài)壓縮機(jī)利用氫化物的平衡壓力隨溫度指數(shù)變化的規(guī)律，室溫下吸氫，然后提高溫度以使氫壓大幅度提高，同時(shí)使氫凈化。這樣不用機(jī)械壓縮即可制高壓氫，所用設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，無(wú)噪聲，用于此目的貯氫合金稱為靜態(tài)壓縮機(jī)。903、熱泵利用貯氫材料的熱效應(yīng)和平臺(tái)壓力的溫度效應(yīng)，只需用低品位熱源如工業(yè)廢熱、太陽(yáng)能作能源，即可進(jìn)行供熱、發(fā)電、空調(diào)和制冷。過(guò)去一股為2段式熱泵，1次升溫，現(xiàn)發(fā)展成3段式熱泵，2次升溫，可使65~90℃廢熱水升溫至130℃或更高，可直接用于產(chǎn)生蒸氣再發(fā)電，并可充分利用環(huán)境熱，制成新型空調(diào)器和冰箱，可節(jié)能80％。91金屬氫化物熱泵的推廣與金屬氫化物成本和熱交換器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。日本最近提出的一種機(jī)械壓縮機(jī)與金屬氮化物聯(lián)動(dòng)式熱泵，它只用一種廉價(jià)的金屬氫化物(如TiFe等)與一臺(tái)無(wú)油壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)氫的吸入，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低成本。924、用作催化劑貯氫材料可用作加氫和脫氫反應(yīng)的催化劑，如LaNi5、TiFe用作常溫常壓合成氨催化劑、電解水或燃料電池上的催化劑。它可降低電解水時(shí)的能耗，提高燃料電池的效率。93放電充電5、發(fā)展鎳氫電池出于鎘有毒，鎳鎘高容量可再充式電池因廢電池處理復(fù)雜已處于被淘汰的階段。因此金屬氫化物鎳氫電池發(fā)展迅速，基本化學(xué)過(guò)程是：94如以貯氫材料作電極材料，則放電時(shí)從貯氫材科中放出氫，充電時(shí)則反之，對(duì)于TiCrVNi、TiNi等最高貯氫量可達(dá)260cm3/g的材料、放電量可比鎳鎘電池高1.8倍，可充放電1000次以上。這類電池在宇航、手提式電子計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、電動(dòng)汽車等行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。956.燃料電池燃料電池是一種使燃料氧化時(shí)釋放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。電極由多扎材料和催化劑組成、常用的燃料有氫氣、甲醇等，氧化劑一般為氧氣或空氣，96常用的電解質(zhì)有磷酸、氫氧化鉀及離子交換膜等與一般化學(xué)電池不同，其反應(yīng)物質(zhì)貯存于電池外部，只要不斷地向電池供應(yīng)燃料和氧化劑，同時(shí)從電池中排出反應(yīng)產(chǎn)物，電池就可連續(xù)工作，因而容量不受電池質(zhì)量和體積的限制。97與其他發(fā)電裝置相比，燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)噪聲、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。用金屬氫化物作電極，結(jié)合固體聚合物電解質(zhì)(solidPolymerelectrolyte，SPE)可以發(fā)展新型高效燃料電池，獲效率可高達(dá)60%以上。燃料電池可作為大型電站和貯電站的建設(shè)，即電網(wǎng)低峰時(shí)用余電電解水制氫，高峰用電時(shí)則通過(guò)燃料電池產(chǎn)電。98

6、溫度傳感器、控制器貯氫材料的氫平衡壓隨溫度升高而升高的效應(yīng)可以用作溫度計(jì)。從貯氫努材料的p-T曲線找到p與T的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將小型貯氫器上的壓力表盤(pán)改為濕度指示盤(pán)、經(jīng)校正后即可制成溫度指示器，這種溫度計(jì)體積小，不怕震動(dòng)，而且還可以通過(guò)毛細(xì)管在較遠(yuǎn)的距離上精確測(cè)定溫度。這種溫度計(jì)已廣泛用于各種飛機(jī)。99貯氫材料的溫度壓力效應(yīng)還可以用作機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的激發(fā)器、控制格和動(dòng)力源、其特點(diǎn)是沒(méi)有旋轉(zhuǎn)式傳動(dòng)部件，因此反應(yīng)靈敏、便于護(hù)制、反彈和振動(dòng)小，還可用于抑制溫度的各種開(kāi)關(guān)裝置。此外，金屬氫化物貯氫材料還可以用作吸氣劑，絕熱采油管，微型壓