储氢材料的发展现状、应用与制备综述

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1、储氢材料的发展现状、应用与制备摘要：能源危机和开发新能源一直是人类发展进程中相互依赖和相互促进的两个重要因素。为了保护环境，开发新能源，可以利用太阳能、地热、风能及海水等。其中，氢能是人类未来的理想能源，它是一种高能量密度、清洁的能源，是最有吸引力的能源形式之一，具有热值高、资源丰富、干净、无毒、无污染等特性。而氢的贮存和运输一直是个技术难题，由于制造液氢的设备费用很高，液化时又要消耗大量的能量，氢气和空气混合还会有爆炸的危险，因此能否利用氢气作为能源的关键是能否解决氢气的贮存和运输技术。本文简要讲述了储氢材料的发展现状、主要应用与制备技术。关键词

2、：储氢材料、性质、应用、发展、制备1引言当前，人类面临着能源危机，作为主要能源的石油、煤炭和天然气由于长期的过量开采已濒临枯竭。为了开发新能源，人们利用太阳能、地热、风能及海水的温差等，试图将它们转化为二次能源。氢由于其优异的特性受到高度重视，首先氢由储量丰富的水做原料，资源不受限制；第二氢燃烧的生成物是水，环境污染极少，不破坏自然循环；第三，氢由于很高的能量密度；此外，氢可以储存、输送，用途十分广泛。本文主要简述了储氢材料的基本性质、发展现状以及制备工艺。2储氢材料的基本性质储氢材料是一种能在晶体的空隙中大量贮存氢原子的合金材料，具有可逆吸放氢的

3、性质。大多数金属合金（M）在一定的温度和压力条件下，与氢生成金属氢化物（MHx）：M+XH2→MHx+H（生成热）。2.1储氢材料应具备的基本条件作为储存能量的材料，储氢材料应具备以下条件：（1）易活化，氢的吸储量大；（2）用于储氢时，氢化物的生成热小；用于蓄热时生成热要尽量大；（3）在室温附近时，氢化物的离解压为203-304kPa，具有稳定的合适的平衡分解压；（4）氢的吸储或释放速度快，氢吸收和分解过程中的平衡压（滞后）小；（5）对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力强；（6）当氢反复吸储和释放时，微粉化少，性能不会劣化；（7）金属

4、氢化物的有效热导率大，储氢材料价廉；（8）吸收和释放氢的速度快，氢扩散速度大，可逆性好。2.2影响储氢材料吸储能力的因素（1）活化处理：制造储氢材料时，因表面被氧化物覆盖及吸附着水及气体等会影响氢化反应，因此，应先对材料进行表面活化处理；（2）耐久性和中毒：当向储氢材料供给新的氢时，带入的氧、水分等不纯物在合金或氢化物粒子表面聚集，并形成氧化物等，从而导致吸储氢的能力下降；（3）储氢材料的导热性；（4）粉末化：粉末化会使装置内的充填密度增高、传热效率降低、装置局部地方产生应力，造成阀门和管道阻塞；（5）滞后现象与坪域；（6）安全性储氢材料及其氢化物

5、具有可燃性，着火点温度较低，当材料微粉化后，有粉尘爆炸的危险。3储氢方法3.1物理法储氢技术3.1.1活性炭吸附储氢2活性炭具有较高的比表面积，尤其是优质活性炭的比表面积可达2000m/g以上，利用低温加压可吸附储氢。研究表明，储氢用于汽车内燃机燃料时，在行驶相同距离的条件下，吸附剂储氢体系的总质量为储油体系的2.5倍，储器体积比金属氢化物储氢体系稍大一些。3.1.2深冷液化储氢在常压和-253°C温度下，气态氢可液化为液态氢，液态的密度是气态的845倍。液氢是航天飞机和运载火箭的重要燃料，在航天工业上具有重要的应用。相比高压压缩储氢而言，采用深冷

6、液化储氢，其体积能量密度高，储存容器体积小。3.2化学法储氢技术3.2.1金属氢化物储氢某些金属或合金与氢反应后以金属氢化物形式吸氢，生成的金属氢化物加热后释放出氢气，利用这一特性就可有效地贮氢。金属氢化物贮氢，氢以原子状态贮存于合金中。重新释放出来时，经历扩散、相变、化合等过程。3.2.2非金属氢化物储氢氢可与某些非金属的元素或物质相作用，构成各种非金属氢化物。如碳氢化合物CxHy，以CH4或C7H14的形式寄存于其中，还有NH3、N2H4等氮氢化合物。4储氢材料的功能及应用储氢合金在吸收过程中伴随着十分可观的热效应、机械效应、电化学效应、磁性变

7、化和明显的表面吸附效应和催化作用，因此在氢提纯、重氢分离、空调、热泵、压缩机、氢汽车、催化剂和镍金属氢化物电池等方面均有广阔的前景。4.1储氢材料在电池上的应用4.1.1镍金属氢化物电池金属氢化物-镍电池是利用储氢材料的电化学吸附氢特性及电催化活性原理制作的。正极采用镍化合物，负极采用储氢合金M，正负极板和隔板都浸在氢氧化钾电解质溶液中构成电池。正向反应是充电过程，负极上不断析出氢气并被储氢合金吸收生成金属氢化物，即氢化物电极储氢，逆向反应是放电过程，氢化物释出的氢又在同一电极上进行阴极氧化，电子沿导线移向正极。当过充电时正极上生成氧，负极上消耗氧

8、。过放电时正极上生成氢，负极上消耗氢。镍氢电池从正负极上的反应来看均属于固态相变，正负极都有较高的结构稳定性。其充放电过程