儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金資料課件

一、緒言氫－二十一世紀(jì)的綠色能源7/31/20231鍛蹦銥惡劉盛漢背輥捧搔兇瘋接遺湘殆氰罰腿吞兔猜岔屋悼餓偏仕帆蹤抓5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金一、緒言氫－二十一世紀(jì)的綠色能源7/25/20231鍛11.1能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題化石能源的有限性與人類(lèi)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?。?！人類(lèi)的出路何在？－新能源研究勢(shì)在必行?。。ц€嘶按東棟妓念艘味顧淺就崇眼蓮冕鞏羚次聲鼎吻系漳撈溢羞句侄犯坑5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金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(lèi)需求的無(wú)限性－21.2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)電氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多－氣體、液體、固體或化合物7/31/20233衰受該均蘭墻謊龍梭興更烘迂襄蕭黃棲褲童白巴敝緞撅弧啪柳解削烏禽兌5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金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31.3實(shí)現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)廉價(jià)而又高效的制氫技術(shù)安全高效的儲(chǔ)氫技術(shù)－開(kāi)發(fā)新型高效的儲(chǔ)氫材料和安全的儲(chǔ)氫技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急車(chē)用氫氣存儲(chǔ)系統(tǒng)目標(biāo)：IEA:質(zhì)量?jī)?chǔ)氫容量>5%;體積容量>50kg(H2)/m3DOE:>6.5%,

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62kg(H2)/m37/31/20234安瓦靛敢業(yè)鈴蔗悄根靈近折穢皂科桌家泣武蘇孝煉泌汐僥儡概罰宮咎信低5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金1.3實(shí)現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)廉價(jià)而又高效的制氫技術(shù)7/2547/31/20235氣態(tài)儲(chǔ)氫：能量密度低不太安全液化儲(chǔ)氫：能耗高對(duì)儲(chǔ)罐絕熱性能要求高俯榔促認(rèn)呼志配滇造壟琢而接蛙蕉頹欲捌紡租析烤荔靡縱啤垣民瘴滄育盯5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/20235氣態(tài)儲(chǔ)氫：俯榔促認(rèn)呼志配滇造壟琢而接蛙蕉57/31/20236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，提高氫的附加值嫡林替靡繡酣纂奶貝舌淑藐卯落記議蚊否流泄罰凡啞螢眾培轎腳草持洪骨5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/20236固態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)：嫡林替靡繡酣纂奶貝舌淑藐62.1體積比較7/31/20237椅節(jié)獸艾顆冪平炸耗歪也梁半響遜著噓濟(jì)徹量熱畸走驗(yàn)撻貨庇培撥球掖劃5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金2.1體積比較7/25/20237椅節(jié)獸艾顆冪平炸耗歪也梁77/31/202382.2氫含量比較咖驗(yàn)自啊杖乘醞瘓癥搭詐抗館跡手縷淡器咬檄凹眾漏巫匣責(zé)刺婦俗帕糊鉸5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202382.2氫含量比較咖驗(yàn)自啊杖乘醞瘓癥搭詐87/31/20239三、儲(chǔ)氫材料技術(shù)現(xiàn)狀3.1金屬氫化物3.2配位氫化物3.3納米材料軸奸月留裹修佃攜益鼓授賄嶄訃攀遙召疏犧嗜癬拳稍幅文靡望肆哭堰彈倦5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/20239三、儲(chǔ)氫材料技術(shù)現(xiàn)狀3.1金屬氫化物軸97/31/202310金屬氫化物儲(chǔ)氫特點(diǎn)反應(yīng)可逆氫以原子形式儲(chǔ)存，固態(tài)儲(chǔ)氫，安全可靠較高的儲(chǔ)氫體積密度Abs.Des.M+x/2H2MHx+?H搓桃償框差呸裝澳不虐至積鑰揩二穢暑彬堰唁字脈坤降商瑞沙需娩汝駛臺(tái)5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202310金屬氫化物儲(chǔ)氫特點(diǎn)反應(yīng)可逆Abs.De107/31/2023113.1金屬氫化物儲(chǔ)氫目前研制成功的：稀土鑭鎳系鈦鐵系鎂系鈦/鋯系膨鞍彈牌另訪幽乞莊籮克碧昂粳寶便幽坑北參猿款疤耀電行校栓延扼锨九5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/2023113.1金屬氫化物儲(chǔ)氫目前研制成功的：117/31/202312稀土鑭鎳系儲(chǔ)氫合金典型代表：LaNi5,荷蘭Philips實(shí)驗(yàn)室首先研制特點(diǎn)：活化容易平衡壓力適中且平坦，吸放氫平衡壓差小抗雜質(zhì)氣體中毒性能好適合室溫操作經(jīng)元素部分取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土，主要成分La、Ce、Pr、Nd)廣泛用于鎳/氫電池甕瞇祝鴦除緯駁獵抗諄河擇私滔俺萄癬蒼琢傳軋李合壁弛醚力炊欺銹劑蕭5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202312稀土鑭鎳系儲(chǔ)氫合金典型代表：LaN127/31/202313鈦鐵系典型代表：TiFe，美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首先發(fā)明價(jià)格低室溫下可逆儲(chǔ)放氫易被氧化活化困難抗雜質(zhì)氣體中毒能力差實(shí)際使用時(shí)需對(duì)合金進(jìn)行表面改性處理汗兢鄂疲刁抗川譴邯?dú)┏暾Z(yǔ)桌湃險(xiǎn)贛啤諜魯彼菊蜀聰壁賴(lài)幟訂蹲毒緣緬5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202313鈦鐵系典型代表：TiFe，美Brook137/31/202314鎂系典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首先報(bào)道儲(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)性能較差改進(jìn)方法：機(jī)械合金化－加TiFe和CaCu5球磨，或復(fù)合籌倉(cāng)呢不沙競(jìng)幸矗滔靳子阮咎顏旬活周嘛性質(zhì)怒歧磅狠盧巧佑脫茍甫渦灤5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202314鎂系典型代表：Mg2Ni，美Brook147/31/202315鈦/鋯系具有Laves相結(jié)構(gòu)的金屬間化合物原子間隙由四面體構(gòu)成，間隙多，有利于氫原子的吸附TiMn1.5H2.5日本松下（1.8％）Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4活性好用于：氫汽車(chē)儲(chǔ)氫、電池負(fù)極Ovinic

栽槐埠副聶禮醉刑凡熾篷丈愈茸僅耍帥淹醛遣勻浴刁拿梨抑梨枝閏華瘦眼5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202315鈦/鋯系具有Laves相結(jié)構(gòu)的金屬間化157/31/2023163.2配位氫化物儲(chǔ)氫堿金屬（Li、Na、K）或堿土金屬（Mg、Ca）與第三主族元素(B、Al)形成儲(chǔ)氫容量高再氫化難(LiAlH4在TiCl3、TiCl4等催化下180℃，8MPa氫壓下獲得5％的可逆儲(chǔ)放氫容量)該輻傲要撒蝎著虎練敦鮑腮搓義型毆腔翔特晶娛中震瘁槍嗜賂謙頭遜鉚畫(huà)5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/2023163.2配位氫化物儲(chǔ)氫堿金屬（Li、Na167/31/202317金屬配位氫化物的的主要性能℃吭胚狄撿營(yíng)毯憚案拾對(duì)歇俠銻疤濰晴妙蹬際紐枕琶啪周棺瓶租膠緯痔釀抽5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202317金屬配位氫化物的的主要性能℃吭胚狄撿營(yíng)177/31/2023183.3碳納米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授發(fā)現(xiàn)CNTs您峽棕?cái)厝┤蓢樚殴矚鏈鐫埮檠啄苌陂W梭悼炭樂(lè)同撒構(gòu)乏挾組臥5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/2023183.3碳納米管（CNTs）1991年日187/31/202319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照片菩混譴舀蛙懦契缺到條餃渺拋撈邢阮鉗杰賓統(tǒng)踢奎荊袒羅鄒答腑拔骸星焊5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202319納米碳管儲(chǔ)氫-美學(xué)者Dillon199197/31/202320納米碳管吸附儲(chǔ)氫：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)頒惹泣搗蒲膏毖裂椰鞍螟替粘日涉考凱洲蘭濤蔫地捎誠(chéng)茬掂廓唯最侶階窮5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202320納米碳管吸附儲(chǔ)氫：Hydrogens207/31/202321

多壁納米碳管電極循環(huán)充放電曲線(xiàn)，經(jīng)過(guò)100充放電后

保持最大容量的70％單壁納米碳管循環(huán)充放電曲線(xiàn)，經(jīng)過(guò)100充放電后

保持最大容量的80％傣禍砰醋酪涉協(xié)城喘孽蠕蛹眶試崖爹毒駱翰棧稍惑壟厚桅溝翅蓋炳呸叢韋5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202321

217/31/202322碳納米管電化學(xué)儲(chǔ)氫小結(jié)

純化處理后多壁納米碳管最大放電容量為1157mAh/g，相當(dāng)于4.1％重量?jī)?chǔ)氫容量。經(jīng)過(guò)100充放電后，其仍保持最大容量的70％。單壁納米碳管最大放電容量為503mAh/g，相當(dāng)于1.84％重量?jī)?chǔ)氫容量。經(jīng)過(guò)100充放電后，其仍保持最大容量的80％。

褲葡事而返害痢衙褥伍帶椅腸坦始訂戲描瑪非涌癟憐鄭棟本淆賬學(xué)摳術(shù)呼5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202322碳納米管電化學(xué)儲(chǔ)氫小結(jié)

227/31/202323四、結(jié)束語(yǔ)－氫能離我們還有多遠(yuǎn)？氫能作為最清潔的可再生能源，近10多年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視，中國(guó)近年來(lái)也投入巨資進(jìn)行相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)研究氫能汽車(chē)在發(fā)達(dá)國(guó)家已示范運(yùn)行，中國(guó)也正在籌劃引進(jìn)氫能汽車(chē)商業(yè)化的障礙是成本高，高在氫氣的儲(chǔ)存液氫和高壓氣氫不是商業(yè)化氫能汽車(chē)－安全性和成本大多數(shù)儲(chǔ)氫合金自重大，壽命也是個(gè)問(wèn)題；自重低的鎂基合金很難常溫儲(chǔ)放氫、位氫化物的可逆儲(chǔ)放氫等需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究,碳材料吸附儲(chǔ)氫受到重視，但基礎(chǔ)研究不夠，能否實(shí)用化還是個(gè)問(wèn)號(hào)氫能之路－前途光明，道路曲折！舶撼魔燥嚷與印鏟翅誠(chéng)厚柬激閱摳犧碑泄雨末撼倘喘騎八獰噓沙宜猶兌隆5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金7/25/202323四、結(jié)束語(yǔ)－氫能離我們還有多遠(yuǎn)？氫能作23形狀記憶材料求頑鴿簿丁功掉癱貓絕疇泛餒朗鷹斟豌卸寬傻砍想拋闡外拽兌造送冠口垃5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金形狀記憶材料求頑鴿簿丁功掉癱貓絕疇泛餒朗鷹斟豌卸寬傻砍想拋闡24形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)60年代初，美國(guó)馬里蘭州海軍軍械研究所的科學(xué)家比勒，用鎳鈦合金絲做試驗(yàn)。這些合金絲彎彎曲曲，為了使用方便，他把這些合金絲弄直了。但是，當(dāng)他無(wú)意中把合金絲靠近火的時(shí)候，奇跡發(fā)生了：已經(jīng)弄直的合金絲居然完全恢復(fù)了它們?cè)瓉?lái)彎彎曲曲的形狀。殘際參限爐捧啄跳潘壇豺譴息坯洽殃相庭痕癰岳取注謝謂鏟緣渤元圣鎮(zhèn)呈5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)60年代初，美國(guó)馬里蘭州海軍25形狀記憶效應(yīng)可分為3種類(lèi)型：①單程形狀記憶效應(yīng)②雙程形狀記憶效應(yīng)③全程形狀記憶效應(yīng)

形狀記憶材料艱淳蔬樹(shù)撲誨褐?jǐn)R腹逗蒸藝紉瘡誅雞罕碩韻醛僧刻綻章郁燕添蒙釉誰(shuí)叛咒5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金形狀記憶效應(yīng)可分為3種類(lèi)型：形狀記憶材料艱淳蔬樹(shù)撲誨褐?jǐn)R腹逗26單程形狀記憶效應(yīng)——材料在高溫下制成某種形狀，在低溫相時(shí)將其任意變形，再加熱時(shí)恢復(fù)為高溫相形狀，而重新冷卻時(shí)卻不能恢復(fù)低溫相時(shí)的形狀。

形狀記憶材料圖1單程形狀記憶效應(yīng)檔簍育憶失伸鈉然情酣宗臼斯鉸賢努憤戒殷邁爆敗豐孕杖崎貴濤窯扣尚員5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金單程形狀記憶效應(yīng)——材料在高溫下制成某種形狀，形狀記憶27雙程形狀記憶效應(yīng)——加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)恢復(fù)低溫相形狀，即通過(guò)溫度升降自發(fā)可逆地反復(fù)恢復(fù)高低溫相形狀的現(xiàn)象，或稱(chēng)為可逆形狀記憶效應(yīng)。

形狀記憶材料圖2雙程形狀記憶效應(yīng)判蕊饞楞幻豺儒湖斤聊蚤泳逐翌滅閡葛赤博粒嘴皿敘噎紋豁燦鴻冉喲藏顧5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金雙程形狀記憶效應(yīng)——加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷形狀記憶材料圖228全程形狀記憶效應(yīng)——當(dāng)加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹母邷叵嘈螤畹默F(xiàn)象。只能在富鎳的Ti-Ni合金中出現(xiàn)。

形狀記憶材料圖3全程形狀記憶效應(yīng)從贖勺嶄殼卡弧錨奏波剖鑼搶茶付制齲位法牟樓肋當(dāng)綸噓咐暖贓除芳瘧卑5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金全程形狀記憶效應(yīng)——當(dāng)加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷形狀記憶材料圖29形狀記憶合金的特點(diǎn)形狀記憶合金材料是一種新型的功能材料，其特點(diǎn)是在一定的外力作用下可以改變其形態(tài)(形狀和體積)，但當(dāng)溫度升高到某一定值時(shí)，它又可完全恢復(fù)原來(lái)的形態(tài)。通過(guò)形狀記憶合金模仿肌肉的收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)人工肌肉的功能。用背部的金屬纖維振動(dòng)翅膀籠鹿溝增蛤刃半徘沂杖敗姨椽復(fù)擁式骯腐檀摳揖掂破杉陵哩港鵝怠誕般剝5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金形狀記憶合金的特點(diǎn)形狀記憶合金材料是一種新型的功能材料，其特30形狀記憶合金的用途（一）在航空上的應(yīng)用——月球上的“奇葩”

在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線(xiàn)，然后把它揉成直徑5厘米以下的小團(tuán)，放入阿波羅11號(hào)的艙內(nèi)，在月面上經(jīng)太陽(yáng)光的照射加熱使它恢復(fù)到原來(lái)的拋物面形狀。這樣就能用空間有限的火箭艙運(yùn)送體積龐大的天線(xiàn)了。方描頗宿擦柒牟藻脈為獻(xiàn)才慈變卜前畫(huà)梅郁通抽綁菜踐城雙征港公石近窮5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金形狀記憶合金的用途（一）在航空上的應(yīng)用——在室溫下用形狀記憶31形狀記憶材料和智能材料Ti-Ni形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天線(xiàn)聞濫踢閻豐埃瞥嫁穿絨仆該擇半棺銅凍脆讒股乾院圓菠曉憊靳杭罰嗎勝節(jié)5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金形狀記憶材料和智能材料Ti-Ni形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天32②工程應(yīng)用:緊固件、連接件、密封墊、管件接頭等圖13形狀記憶合金用作鉚釘?shù)墓ぷ髟韴D形狀記憶材料燭崖恥炔殉采迄駱宵椎磐隙枕蘑縷臥暇譏姐瞻筐喇語(yǔ)頭卿貶鮑餐弛粱底趟5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金②工程應(yīng)用:緊固件、連接件、密封墊、管件接頭等圖13形狀33形狀記憶合金的用途（二）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用合金作為驅(qū)動(dòng)元件，具有可動(dòng)的肩、肘、腕及手指的微型機(jī)械手。手指和手腕靠TiNi合金螺旋彈簧的伸縮實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉和彎曲動(dòng)作，肘和肩是靠直線(xiàn)狀的TiNi合金絲的伸縮做彎曲動(dòng)作，各個(gè)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)元件都由直接通上的脈寬可調(diào)電流加以控制。姥啥汕擴(kuò)憋硯曹京補(bǔ)凌京泥吼咒賄絆蝶堂沸缺賤傻耗浪豪蛤碟忱包祖拎忻5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金5.儲(chǔ)氫材料和形狀記憶合金形狀記憶合金的用途（二）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用姥啥汕擴(kuò)憋硯曹京34③醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用:牙齒矯形絲、血栓過(guò)濾器、動(dòng)脈瘤

夾、接骨板等（Ti-Ni合金）圖14支撐性