储氢材料概况

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1、摘要：综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储氢材料的研究状况，对稀土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍．并对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望。金属储氢材料可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存，具有广阔的应用前景。然而到目前为止，那些在室温下容易释放氢的金属氢化物，其可逆吸氢量不超过2％，无法满足实际要求。因此，新型储氢材料的开发任重而道远。关键词：金属储氢材料；存储标准；Laves相；稀土系合金；Mg系目前由于传统化石能源的储备有限以及使用它们带来的环境问题越来越突出，人

2、们急需寻找新的替代能源。氢能由于其高效性和清洁性而备受重视。各国科学家竞相开发与氢能相关的产品，镍氢电池，氢燃料电池汽车等相关产品正从实验室走向社会，氢能经济即将到来。高效性:首先氢能具有很高的热值，燃烧1kg氢气可产生1．25x10kJ的热量，相当于3Kg汽油或4．5kg焦炭完全燃烧所产生的热量.清洁性:氢燃烧释能后的产物H20，对环境友好，无污染，是绿色清洁能源氢能的使用涉及三个部分：制备，储存和能量转化。其中，氢气的储存是氢能使用的关键环节。尤其在车载氢能源的使用过程中，氢气的储存是至关重要的一步。从经济角度出发，储氢材料必须具备较大的质量密度和储氢

3、体积。传统的储氢方法有高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢等。储氢材料的研究主要为3大类：金属储氢材料、多孔吸附储氢材料、有机液态储氢材料金属储氢材料的研究热点和存在问题储氢材料除了必须满足储氢量大条件外，还应满足吸放氢温度较低和速度较快等条件。为了提高轻质金属的储氢动力学性能衡量储氢材料性能的标准主要有2个：1.体积密度(kg／m3)~l储氢质量分数。体积密度为系统单位体积内储存氢气的质量．储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。2.充放氢的可逆性、充放气速率及可循环使用寿命等也是衡量储氢材料性能的重要参数传统的氢气存储方式主要有气态和液态气态储

4、氢方式简单方便,但气态储氢存在体积密度较小的缺点运输和使用过程中也存在易爆的安全隐患液态储氢方法的体积密度高．但氢气的液化需要冷却到20K的超低温下才能实现金属储氢材料1.合金氢化物材料，2.金属配位氢化物材料趋于土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列成熟和具备实用价值的金属氢化物储氢材料主要有稀3．1稀土系合金以LaNi5为代表的稀土系储氢合金，被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一类金属问化合物LaNi5具有六方结构．其中有许多间隙位置，可以固溶大量的氢。LaNi5晶胞是由3个十二面体，9个八面体，6个六面体和36个四方四面体组成。其中3个十二面体，

5、9个八面体和6个六面体的晶格间隙半径大于氢原子半径，可以储存氢原子。而36个四方四面体间隙较小，不能储存氢原子。这样，一个晶胞内可以储存18个氢原子，最大储氢量为1．379％（质量分数）缺点：LaNi5储氢合金的主要缺点是镧的价格高，循环退化严重，易于粉化，密度大。采用混合稀土(La，Ce，Sm)Ms替代La是降低成本的有效途径，但Mi的氢分解压升高，滞后压差大．给使用带来困难3．2ＡＢ２型Laves相系合金ＡＢ２型Laves相系合金材料是一类非常具有潜在研究价值的储氢材料。已经发现的A型储氢材料有3种晶相结构：立方晶相C15(MgZn2)，六方晶相C14

6、(MgCu：)和双六方晶相C36(NiMg2)。优点：同以LaNi5为代表的稀土系储氢材料相比，Laves相系合金材料具有较高的存储容量，更高的动力学效率，更长的使用寿命和相对较低的成本等。缺点：此类材料的氢化物在室温时过于稳定．不易脱氢。3．3镁系储氢合金镁系储氢材料由于储氢量高(镁的理论储氢量为7．6％)、资源丰富以及成本低廉被公认为是最有前景的储氢材料之一表面改性方法能大大改善储氢合金在充放电过程中的粉化和氧化问题，提高储氢合金的综合电化学性能Suda等应用氟处理技术改善Mg基合金的表面特性在40℃下就可吸氢。近年来对价格低廉的镁储氢材料的研究取得了

7、重大突破3．4Fe—Ｔi系Fe—Ｔi储氢量为1．8％。FeTi合金储氢能力好，甚至还略高于LaNi优越性：①FeTi合金活化后，能可逆地吸放大量的氢．且氢化物的分解压强仅为几个大气压，很接近工业应用；②Fe，Ti元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中大规模应用局限性：由于材料中有TiO：层形成，使得该材料极难活化，限制了其应用改善FeTi合金活化性能最有效的途径是合金化和纳米化，在纯Ar气氛下，掺杂少量的Ni；球磨20～30h后制备的FeTi材料不需活化即可很容易地吸氢但改善的同时要损失合金一部分其他储氢性能研究还表明用机械压缩和酸、碱等化学试剂表

8、面处理也能改善FeTi合金的活化性能另一类金属储氢材料是金属配位氢