儲(chǔ)氫材料概述-.ppt

1、2020/8/9,1,儲(chǔ)氫材料概述,Seminar I,2020/8/9,2,一、緒言,氫二十一世紀(jì)的綠色能源,2020/8/9,3,1.1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！,2020/8/9,4,1.2 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

2、學(xué)發(fā)電 氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多氣體、液體、固體或化合物,2020/8/9,5,1.3 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) 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)/m3 DOE : 6.5%, 62kg(H2)/m3,2020/8/9,6,二、不同儲(chǔ)氫方式的比較,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,2020/8/9,7,二、不同儲(chǔ)氫方式的比較,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

3、,2020/8/9,8,2.1 體積比較,2020/8/9,9,2.2 氫含量比較,2020/8/9,10,三、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,2020/8/9,11,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,M + x/2H2,MHx + H,2020/8/9,12,Position for H occupied at HSM,2020/8/9,13,3.1 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,2020/8/9,14,稀土鑭鎳系儲(chǔ)氫合金,典型代表：LaNi5 ,荷蘭Ph

4、ilips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,2020/8/9,15,PCT curves of LaNi5 alloy,2020/8/9,16,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,2020/8/9,17,PCT curves of TiFe alloy

5、,TiFe(40 ),2020/8/9,18,TiFe alloy,Characteristics: two hydride phases; phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 2.13TiFeH1.04 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 2.20TiFeH1.95,2020/8/9,19,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（250300 ） 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,20

6、20/8/9,20,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,2020/8/9,21,3.2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),2020/8/9,22,金屬配位氫化物的的主要性能,2020/8/9,23,3.3碳納米管（CN

7、Ts）,1991年日本NEC公司Iijima教授發(fā)現(xiàn)CNTs,2020/8/9,24,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,2020/8/9,25,納米碳管吸附儲(chǔ)氫：,Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR，RT，10MPa),2020/8/9,26,納米碳管電化學(xué)儲(chǔ)氫,開(kāi)口多壁MoS2納米管及其循環(huán)伏安分析,循環(huán)伏安曲線,2020/8/9,27,納米碳管電化學(xué)儲(chǔ)氫,2020/8/9,28,多壁納米碳管電極循環(huán)充放電曲線，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，經(jīng)過(guò)100充放電后 保持最大容量的80,2020/8/9,29,碳納米管電化學(xué)儲(chǔ)氫小結(jié),2020/8/9,30,納米材料儲(chǔ)氫存在的問(wèn)題：,世界范圍內(nèi)所測(cè)儲(chǔ)氫量相差太大：0.01（wt ） %-67 （wt ） %,如何準(zhǔn)確測(cè)定？ 儲(chǔ)氫機(jī)理如何,2020/8/9,31,四、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