储氢材料的研究概况与发展方向

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1、第5期龚金明等：储氢材料的研究概况与发展方向71储氢材料的研究概况与发展方向龚金明，刘道平，谢应明（上海理工大学能源与动力工程学院，上海，200093）摘要：作为一种清洁的新型能源，氢能的有效利用成为了当前的研究重点，氢能应用的关键是氢的有效储存。综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料，包括金属氢化物储氢、碳纳米管、配位氢化物储氢、水合物储氢，分析了他们的优缺点，同时指出其相关发展趋势。关键词：储氢；金属氢化物；碳纳米管；配位氢化物；水合物中图分类号：O647文献标识码：A文章编号：1001-9219(2010）05-71-08随着社会发展、人口增长，人类对能源的需求储氢合金由两部分

2、组成，一部分为吸氢元素或与氢将越来越大。以煤、石油、天然气等为代表的化石能有很强亲和力的元素(A)，它控制着储氢量的多少，源是当前的主要能源，但化石能源属不可再生资是组成储氢合金的关键元素，主要是ⅠA~ⅤB族源，储量有限，而且化石能源的大量使用，还造成了金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re(稀土元素)；另一越来越严重的环境污染问题。因此，可持续发展的部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素(B)，它则控压力迫使人类去寻找更为清洁的新型能源。氢能作制着吸/放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的[2]为一种高能量密度、清洁的绿色新能源，氢能的如作用，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al

3、等。图1列出了一些何有效利用便引起了人们的广泛研究。金属氢化物的储氢能力。目前来看，氢能的存储是氢能应用的主要瓶目前世界上已经研制出多种储氢合金，按储氢颈。氢能工业对储氢的要求总的来说是储氢系统要合金金属组成元素的数目划分，可分为：二元系、三安全、容量大、成本低、使用方便。美国能源部将储元系和多元系；按储氢合金材料的主要金属元素区[1]氢系统的目标定为：质量密度为6.5％，体积密度为分，可分为：稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系362kgH2/m。瞄准该目标，国内外展开了大量的研等；而组成储氢合金的金属可分为吸氢类(用A表究。本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢示)和不吸氢类(用

4、B表示)，据此又可将储氢合金分材料与技术，包括金属氢化物、碳质材料、配位氢化为：AB5型、AB2型、AB型、A2B型。物、水合物，分析了它们的优缺点，同时指出其相关发展趋势。1金属氢化物金属氢化物储氢具有安全可靠、储氢能耗低、储存容量高（单位体积储氢密度高）、制备技术和工艺相对成熟等优点。此外，金属氢化物储氢还有将氢气纯化、压缩的功能。因此，金属氢化物储氢是目前应用最为广泛的储氢材料。储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可图1主要金属氢化物储氢的质量密度和体积密度[2]逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。Fig.1Hydrogenmassdensityandvolumeden

5、sityofmajor收稿日期：2010-03-25；基金项目：国家自然科学基金项目metalhydrides（No.50806050）、上海市重点学科建设项目（No.S30503）；作者简介：龚金明（1984-），男，硕士研究生，电邮gjm716@126.1．1稀土系储氢合金com，电话15026955876。稀土储氢合金中典型代表是LaNi5。该合金为72天然气化工2010年第35卷[12-15]CaCu5型六方结构，它的优点为活化容易，平台压力薄膜、Mg-LaNi5薄膜。Wang等人采用厚度为数十适中且平坦，吸/放氢平衡压差小，动力学性能优良，纳米至数百纳米的薄膜金属氢化物进行研

6、究，发现不易中毒。在25℃及0.2MPa压力下，该合金储氢量储氢合金薄膜化后具有以下优点：1)吸、放氢速度约为1.4%（本文中储氢量、储氢能力均为质量分快；2)抗粉化能力强；3)热传导率高；4)可相对容易数），分解热为30kJ/molH2，所以室温下便可以实现地对薄膜进行表面处理，如表面离子轰击，化学镀对氢的存储。此外，该合金还具有吸/放氢纯度高的等。此外，他们在薄膜金属氢化物表面喷涂保护层，特点（99.9%以上），因此可以作为制备高纯度氢气结果发现这样可起到活化薄膜金属氢化物和保护的一种途径。LaNi5合金的缺点为抗粉化、抗氧化性氢化物不受杂质组分的毒害。但目前制备的镁薄膜能较差，且

7、由于含有稀土元素La，价格偏高。一般都需用价格较高的Pd作为催化组元来改善[3]WillemsJJ等人通过采用Mm（Mm为混合稀土，主Mg的吸氢性能，成本太高，且其吸氢性能仍不够理要成分为La、Ce、Pr、Nd）取代部分元素La，不仅想。因此迫切需要寻找一种低廉的金属元素取代价使其抗粉化、抗氧化性能得到改善，而且降低了稀土格较高的Pd、V，或者采用于其它类贮氢合金复合[15]合金的成本。但同时带来了氢分解压升高的问题。于等方法，获取动力学性能优