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1、稀土储氢材料姓名:何磊学号:3091161029班级:金属材料0901学院:京江学院江苏大学摘要:稀土储氢材料以其活化容易,平衡压力适中口平坦,吸放氢平衡压差小,抗杂质气体中毒性能好,适合室温操作等优点,在氢燃料电池领域作为安全高效的储氢材料为人们所重视,稀土储氢材料具冇卓越的储氢性能及多方面的实用价值,结合我国的丰富稀土资源,在我国大力进行稀土储氢材料研究具有重耍意义和巨大价值。关键词:氢能储氢材料稀土燃料电池LaNi51.引言随曹全球经济的快速发展,能源需求与口俱增,同时,传统的煤炭、石油和天然气等
2、化石燃料带来了环境污染、温室效应等诸多问题,因此清洁、町再生能源的开发已迫在眉睫。在众多新能源屮,氢能被视作连接化石能源和可再生能源的重要桥梁。在氢能利用过程屮,氢气的储存和运输是其发展和应用小遇到的难点Z—。氢气传统储蛍方法中因存在储存氢气密度小,体积大,具有较大安全隐患,储存成本高,使用条件苛刻等不足Z处,所以这些传统储氢方法根本无法满足现代社会对氢能利用的要求。开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急。随着研究的深入进展,在储氢材料领域屮逐渐出现了多样化,自20批纪60年代后期荷兰菲利浦公
3、司发现LaNisd]以及美国布鲁克海文国家实验室发现Mg2Ni.TiFo等金属间化合物的储氢特性后,世界各国都在竞相研究开发不同的储氢材料。新型储蛍材料层出不穷,性能在不断提高,应用领域也在不断扩大。储氢材料在电池领域的产业化,更激起了人们対储氢材料的高度重视。其中稀土储氢材料是一种活化容易,平衡压力适中口•平坦,吸放氢平衡压差小,抗朵质气体中毒性能好,适合室温操作等优点的储氢材料【2】。2.主要稀土储氢材料稀土储氢材料主要有两类:LaNb型储氢合金(ABs型)和La-Mg-Ni系储氢合金(AB:,型、
4、A2B7型),祥见下表1:类型AB5AB3-3.5合金LaN15KImN15LaN13CaN13LaO.7MgO.3NL2.8CO0.5氢化物LaN15H6MmN15H6・3LaN13H4.5CaN13H4.4La0.7Mg03Nl2-8Co0.5H4.73吸/wt.%1.41.41.42.01.6放氢圧(温度)/MPa(C)0.4(50)3.4(80)无平台0.04(20)0.06(60)•―三弋決一…三一-30.1一26.4-35.0(1)2.1LaNis系合金LaNis是稀土系储氢合金典型代表,由
5、荷兰菲利浦实验室首先研制。LaNb的最人优点是活化容易,平衡压力适中、平坦,吸放氮平衡压力差小以及良好的动力学和抗杂质气体中毒特性oLaNis吸氢形成LaNi5H6.5,贮氢量约1.4wt%,25°C的分解压力(放氢平衡压力)约0.2MPa,分解热-30.lkJ/molH2,非常适合于环境温度下操作。的最大缺点是成本较高,吸氢后体积膨胀大(约23.5%)【3】。IwNi趣储氢电极合金已于上世纪90年代初在日本和中国先后实现了产业化。冃前,国内外稀土系储氢合金主耍产品为LaNh型,全球稀土储红合金的年产最
6、大约为3万吨【4】。2.2MmNb系合金。Mm是指富含Ce($40vt%)的混合稀土金属,其价格比纯稀土低得多,以其替代W可显著降低成本。MniNisBJ-在室温和6.OMPa氢压卜•活化,牛成MmNi妣,贮氢量约1.3wt%。该合金的缺点是活化性能远比LaNh差和室温吸氢平衡压力太高(〜3.OMPa)。多元合金化可有效克服上述缺点,其屮以血和A1部分取代Ni效果最佳。Mn与A1是最强的降低吸氢平衡压力元素,其中血的置换可以较好保持原合金的储氢容量,而A1元素则显著缩小吸放氢滞后压力差和改变乙II值。
7、2.3MINis系合金MINh合金首先由浙江人学开发,它是一种利用我国丰富稀土资源的新型储氢合金。皿是提取Ce后的富含La(24Owt%)与Nd的混合稀土金属。以Ml取代La组成的MINis不仅保持了【环仏所具有的许多优良特性,而且在储氢容量和动力学性能方面优FLaNiso由于Ml价格仅为纯I血的约1/3,因此更具实用性。MTNi5nJ在室温下-•次活化,形成MTNi5H6.7M化物,20°C分解压为0.38MPa,滞后小于0.IMPa,从性能和价格考虑,町作为金属氢化物储运氢的首选材料。为满足不同应用
8、场合需要,进一步发展了MlNi^M列(M:Mn、AKCr、Cu、Fe,W1.0)。其中MIN订5血0.5和MIN订75A1o・25非常适合于氢气的大规模集装箱输送。近年来在M1N订基础上又发展了一种Mir、5讽订系三元合金。Ca也是一种吸氢元素,由于其重量轻、价格便宜、资源丰富,以其部分取代MlH的在于进一步提高贮氢容量和降低成本。研究表明,当x二0.1-0.9范囤,所有合金组成的贮氢量均达到1.6wt%,而20°C的分解压为0.1-1.O