新能源材料——储氢材料的研究进展

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1、1储氢合金11.1储氢合金的原理11.2理想的贮氢金属氢化物21.3常用储氢合金21.3.1稀土系储氢合金21.3.2镁系储氢合金21.3.3镁基储氢材料的主要制备方法22碳基和有机物储氢材料22」碳基储氢材料22.1.1活性炭储氢22.1.2碳纤维储氢材料32.1.3碳纳米管储氢材料32.2有机物储氢材料32.2.1有机液体储氢32.2.2金属有机物储氢33络合物储氢材料34玻璃微球储氢材料45总结46参考文献5新能源材料一一储氢材料的研究进展摘要综述了近年來储氢材料的研究进展，简要介绍了合金、碳基和有机物、络合物和玻璃微球等几种主要储氢材料的储氢

2、材料应用并指出储氢材料发展趋势。关键词储氢材料，应用，进展能源是国民经济的基础，是人类赖以生产、生活和生存的重要源泉。随着科学技术的进步，人类社会经历了薪柴、煤炭和石油三个能源阶段。从未来社会能源结构看，人类一方面要面对煤、石油等矿物能源的日益枯竭，另一方面又要正视矿物能源所造成的环境污染问题。如酸雨、温室效应等己给人类带来了相当大的危害，而汽车尾气也成为大气污染的一个主要来源之一。因此寻找一种可替代传统碳氢化合物能源的新能源已成为世界各国科学家毕生奋斗的目标。氢在宇宙间含量丰富，具有许多特殊的性质，是理想的二次能源。氢是一种高能量密度、清洁的绿色新

3、能源，它在燃料电池以及高能可充放电电池等方面展现了很好的应用前景。在利用氢能的过程中，氢气的储存和运输是关键问题。传统的高压气瓶或以液态、固态储氢都不经济也不安全。而使用储氢材料储氢能很好地解决这些问题。目前所用的储氢材料主要有合金、碳基和有机物、某些络合物和玻璃微球储氢材料。本文讨论了几种主要储氢材料的储氢功能特点，综述了它们的近期研究进展。1储氢合金储氢合金是一种能储存氢气的合金，它所储存的氢的密度大于液态氢，因而被称为氢海绵。而且氢储入合金中时不仅不需要消耗能量，反而能放出热量。储氢合金释放氢时所需的能量也不高，加上具有安全可靠、储氢能耗低、单

4、位体积储氢密度高等优点，因此是最有前途的储氢介质。1.1储氢合金的原理合金可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成了化合物，即气态氢分子被分解成氢原子而进入了金屈之中。由于氢本身会使材料变质。而且，储氧合金在反复吸收和释放氢的过程中，会不断发生膨胀和收缩，使合金发生破坏，因此，良好的储氢合金必须具有抵抗上述各种破坏作用的能力。1.2理想的贮氢金属氢化物理想的贮氢金属氢化物应具有如下特征：（1）贮氢量大，能量密度高；（2）氢解离温度低，离解热小；（3）吸氢和氢解离的反应速度快;（4）氢化物的生成热小；（5）质量轻、成木低;（6）化学稳定性好，对0

5、2、出0等杂物呈惰性;（7）使用寿命长。1.3常用储氢合金1.3.1稀土系储氢合金稀土储氢合金，它的优点是活化容易、分解氢压适中、吸放氢平衡压差小、动力学性能优良、不易中毒。1.3.2镁系储氢合金镁基合金中比较有代表性的是镁银系和镁■铝系，镁和镰的合金体系中，可以形成两种比较稳定的金属间化合物Mg2Ni和MgNi2。镁■铝系合金有Mg3Al12（Y）^Mgi7Ali2（Y）＞Mg2A13（p）等类型，研究重点则是镁和铝的不同组成以及添加第三种元素对其储氢性能的影响。1.3.3镁基储氢材料的主要制备方法1）熔炼法是制备镁基储氢材料的一种传统方法,Rei

6、lly等首先以镁和银混合熔炼成Mg2Ni△仝口JdZ.o2）扩散法：用还原扩散法和共沉淀还原法可以制取镁基储氢材料，但是由于镁是活泼金属，用这两种方法制备镁基储氢材料有很大的困难。而常采用置换扩散法和球磨扩散法。3）机械合金化是一种制备细粉粒的固态反应方法，在材料的制备过程屮，不同的元素组份在球磨机内磨球的碰撞挤压下，发生强烈的塑性变形，不同的元素组份冷焊在一起,随后发生断裂、冷焊、断裂的不断重复进行，使得粉粒总是在最短的尺度上以新鲜的原子面互相接触，最终实现在熔炼状态下才能达到的合金化的目的。2碳基和有机物储氢材料2.1碳基储氢材料2.1.1活性炭

7、储氢活性炭贮氢主要用于低压吸附贮氢，如作为汽车燃料的贮存。由于该技术具有压力低、贮存容器自重轻、形状选择余地大、成本低等优点，已引起广泛关注。但美国能源部（DOE）要求，对燃料电池电动汽车，其体积储氢密度必须达到63kg/m3,质量分数6150%02.1.2碳纤维储氢材料碳纳米纤维表面具有分子级细约10mn的中空管，比表面积大，而且可以合成石墨层面垂直于纤维轴向或与轴向成一定角度的龟骨状特殊结构的纳米碳纤维，大量氢气可以在纳米碳纤维中凝聚，从而可能具有超级贮氢能力。2.1.3碳纳米管储氢材料碳纳米管分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及由单壁纳米碳管束形

8、成的复合尽管人们对碳纳米管储氢的研究已取得了一些进展，但至今仍不能完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学变化过程