储氢燃料电池

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1、储氢燃料电池的发展状况及关键材料技术小组成员：何磊孟季盛吴云亮氢能系统化石能源太阳能风能海洋能地热能原子能煤石油天然气水生物质副产氢蒸汽转化法微生物法汽化热化学循环电解法煤气化法部分氧化法氢加压精制压缩碳材氢化物冷冻有机液玻璃微球管道船舶车辆氢化物箱贮槽化学工业航空航天电子工业冶金工业燃料电池发动机家庭民用能源制氢原料制氢方法储氢系统输送系统氢的利用储氢燃料电池原理(1)氢气通过管道或导气板到达阳极(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为：　H2→2H

2、++2e。(3)在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：1/2O2+2H++2e→H2O电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。储氢燃料电池的发展现状储氢燃料电池的关键目前，氢气需要以700巴的气压储存在汽车油箱中。因此，充气站需要使用高压泵给汽车油箱充气，而高压泵会消耗大量能源。所以人们有充分的理由寻找新的储氢技术。

3、镁等金属无需高压就能吸收高密度的氢，但它的劣势在于很难再次释放出氢，而且释放过程十分缓慢。加快氢释放的一种方法是使用吸附在基质上以消除粒子团聚现象的镁纳米粒子。储氢燃料电池的关键储氢材料技术问题：（1）制取（2）储运（3）应用解决方法安全高效的储氢技术－开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急储氢材料的要求储氢材料要求：可逆性好适应燃料电池的工作条件储氢量大USdepartmentofEnergy提出的目标2012：62kg·H2·m-3.2015：81kg·H2·m-3.合金储氢材料储氢

4、关键材料炭质储氢材料金属氢化物配位氢化物纳米材料目前研制成功的：稀土镧镍系钛铁系镁系钛/锆系合金储氢材料合金储氢材料镁系典型代表:Mg2Ni,美Brookhaven国家实验室首先报道特点：储氢容量高，资源丰富，价格低廉，放氢温度高(250-300℃)，放氢动力学性能较差，改进方法:机械合金化-加TiFe和CaCu5球磨,或复合。稀土镧镍系储氢合金典型代表:LaNi5,荷兰Philips实验室首先研制特点:活化容易，平衡压力适中且平坦,吸放氢平衡压差小，抗杂质气体中毒性能好，适合室温操作，经元素部分

5、取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土,主要成分(La,Ce,Pr,Nd)广泛用于镍/氢电池。钛铁系典型代表:TiFe,美Brookhaven国家实验室首先发明特点：价格低，室温下可逆储放氢，易被氧化，活化困难，抗杂质体中毒能力差，实际使用时需对合金进行表面改性处理钛/锆系特点：具有Laves相结构的金属间化合物，原子间隙由四面体构成,间隙多,有利于氢原子的吸附储氢合金是在一定温度、压力下，能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属化合物，其特点是储存量大、安全可靠、

6、不污染坏境、可重复使用合金储氢材料稀土镧镍系稀土储氢材料主要有两类：LaNi5型储氢合金（AB5型）和La-Mg-Ni系储氢合金（AB3型、A2B7型）。类型AB5AB3-3.5合金LaNi5MmNi5LaNi3CaNi3La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5氢化物LaNi5H6MmNi5H6.3LaNi3H4.5CaNi3H4.4La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5H4.73吸氢量/wt.%1.41.41.42.01.6放氢压（温度）/MPa（℃）0.4（50）3.4（80）无平台0.04

7、（20）0.06（60）氢化物生成热/kJ·mol-1H2－30.1－26.4－35.0镍氢电池具有能量密度高、循环寿命长、动力学性能良好、环境友好和安全性好等优点，广泛应用于便携式电子设备、电动工具、混合电动车（HEV）。就技术水平看，在各类动力电池中，镍氢电池的综合优势最为明显。HEV用镍氢电池的使用寿命达到了8年或者是16万公里。目前85%HEV采用镍氢电池，未来一段时间镍氢动力电池仍是油电混合车或电动汽车的首选电源。稀土储氢材料应用市场存在的问题(a)合金的吸放氢反应中的滞后和平高线倾斜；

8、(b)粉碎使传导效果降低；(c)现有热泵的热交换速度跟不上合金的吸放热速度；(d)合金成本较高；炭质储氢材料近年来人们研究重点：碳纳米管纳米炭纤维碳纳米管(CNTs)1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs碳纳米管储氢-美学者Dillon1997首开先河碳纳米管可分为单壁碳纳米管(single2walledcarbonnanotube,SWNT)和多壁碳纳米管(multi2walledcarbonnanotube,MWNT)。单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g,