稀土化学第五章贮氢材料.ppt

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1、第五章贮氢材料教学目标1、了解贮氢合金性能特点及类别2、掌握贮氢作用机理了解稀土镧镍系贮氢合金3、了解贮氢合金的应用4、了解贮氢合金的制备方法重点贮氢作用机理稀土贮氢合金贮氢合金应用化学化工学院:方玲2.金属氢化物与贮氢材料目录4.贮氢合金的应用1.绪论贮氢材料制备和性能1.绪论化石能源的有限性与人类需求的无限性－石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭!!!（科技日报，2004年2月25日，第二版）人类的出路何在？－新能源研究势在必行！能源危机与环境问题化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难－温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存!!氢是自然界中最普遍的元素，

2、资源无穷无尽－不存在枯竭问题氢能开发，大势所趋氢的热值高，燃烧产物是水－单位质量热量高于汽油两倍以上的高能密度;零排放，无污染，可循环利用氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物廉价而又高效的制氢技术－太阳能光解制氢实现氢能应用的关键技术安全高效的储氢技术－开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急车用氢气存储系统目标：IEA:质量储氢容量>5%;体积容量>50kg(H2)/m3DOE(美国的):>6.5%,>62kg(H2)/m3气态－高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气,但钢瓶储存氢气的容积小,瓶里的氢气即使加压到150个大气压,所装氢

3、气的质量也不到氢气瓶质量的1%,而且还有爆炸的危险;三大储氢方式液态－将气态氢降温到-252.6度变为液体进行储存,能耗大,而且需要超低温用的特殊容器,防止液态氢汽化。固态－储氢密度与液态相同或更高，安全。气态－a.能量密度低b.不太安全三大储氢方式的比较液态－a.能耗高b.对储罐绝热性能要求高固态－a.体积储氢容量高b.无需高压及隔热容器c.安全性好，无爆炸危险d.可得到高纯氢，提高氢的附加值不同储存介质条件下的贮氢量储存介质存在状态氢相对密度贮氢量(wt.%)贮氢量(g/ml)标准态H2气态(1atm)11000.00008高压H2气态(150atm)150100(0.8

4、0*a)0.012液态H2液态778100(~5.0*b)0.062MgH2固态12227.600.098LaNi5H6固态11481.370.092TiFeH1.95固态10561.850.084Mg2NiH4固态10373.600.083VH2固态19443.810.156*a－含47升氢气瓶重量；b－含液氢冷却系统重量.withsizerelativetothesizeofacar.Volumeof4kgH2compactedindifferentways氢含量比较2.金属氢化物与贮氢合金贮氢材料（HydrogenStorageMaterials）是在通常条件下能可逆地

5、大量吸收和放出氢气的合金或金属间化合物。其作用相当于储氢容器在室温和常压条件下能迅速吸氢并反应生成氢化物，使氢以金属氢化物的形式贮存起来，在需要的时候，适当加温和减少压力，使这些贮存着的氢释放出来以供使用。元素周期表中，除He、Ne、Ar等稀有气体外，几乎所有的元素均能与氢反应生成氢化物或含氢化合物。离子键型(氢与碱金属、碱土金属反应)：氢以H-与金属结合，比较牢固,如LiH,MgH2。生成热大，十分稳定，不易于氢储存。金属型(大多数过渡金属与氢反应)：形成不同类型金属氢化物，氢表现为H-与H+之间的中间特性，氢与这些金属的结合力比较小，加热时氢就能从这些金属中放出，而且

6、这些金属氢化物的储量大，但单独使用一种金属形成氢化物生成热较大（小或负值），氢的离解压低（高），贮氢不理想。氢化物类型和贮氢合金成分选择依据共价键高聚合型,氢与硼及共附近元素反应的共价键型化合物如B2H6。分子型，指氢与非金属反应的分子型化合物NH3、H2O等作为储氢合金必须容易吸收氢，又能不太困难释放氢。共价键型化合物中氢与元素的键和作用不强，氢化物的稳定性差、易分解，氢在这种化合物中不易存留。分子型和大多数离子键型氢化物十分稳定很难分解，即氢化物中的氢不易释放出来适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键型氢化物。绝大多数能形成单质氢化物的金属由于生成热太大（绝对值）不适于作

7、为储氢材料。通常要求储氢合金的生成热为（-29.26~-45.98）kJ/molH2。为了获得合适的氢化物分解压与生成热，必是由一种或多种放热型金属（Ti、Zr、Ce、Ta、V等）和一种或多种吸热型金属（Fe、Ni、Cu、Cr等）组成的金属间化合物，如LaNi5和TiFe。适当调整金属间化合物成分，使这两类组分相互配合，可使合金的氢比物具有适当的生成热和氢分解压。其中有的过渡金属元素对氢化反应时氢分子分解为氢原子的过程起着重要的催化作用。实用的贮氢材料就具备以下条件①吸氢能力大，即单位质量或单位体积储氢