储氢合金课件.ppt

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1、新型金属材料南京理工大学材料科学与工程系新型金属材料第3章储氢合金南京理工大学材料科学与工程系引言能源危机太阳能地热风能环境危机开发新能源氢能本章主要内容金属储氢原理1储氢合金的电化学原理2储氢合金分类与特点4金属储氢材料的应用5金属储氢材料应具备的特点3氢能的优点：热值高、资源丰富、干净、无污染，是一种未来的理想能源。氢能源利用面临的问题：（1）廉价氢源制取；（2）安全可靠的储氢技术和输氢方法；目前的制氢方法：利用太阳能分解海水。目前的储氢方法：（1）物理储氢：压缩冷冻于钢瓶中；（2）化学储氢：将氢气转变为金属氢化物；1.金属储氢原理储氢合金的吸放

2、氢反应：条件：一定的温度和压力；反应物：金属与气态氢；生成物：金属固溶体MHx和氢化物MHy;应用基础：可逆反应。1.金属储氢原理吸放氢反应的详细过程（三步）：step1：先吸收少量氢，形成含氢固溶体—MHx（α相），合金结构保持不变；step2：固溶体进一步与氢反应，产生相变（结构改变）生成氢化物相—MHy（β相）；反应式为：step3：继续提高氢压，金属中的氢含量略有增加;★:正向反应：吸氢，放热；逆向反应：放氢，吸热；实现条件：改变温度、压力。1.金属储氢原理储氢合金吸放氢的热力学分析：储氢合金吸放氢的p-c-T曲线T1

3、p2最大吸入量吸入放出氢浓度极限溶解度平台压吸氢形成含氢固溶体MHx（α相）AB完全β相MHy氢化物中H浓度略有增加滞后α相与H2反应，生成氢化物（β相），压力不变。1.金属储氢原理储氢合金p-c-T曲线的特点：温度较低，平台压降低，反应平台较宽；温度高，平台压较高，反应平台较窄；p-c-T曲线重要参数：平台压；平台宽度；平台起始宽度；平台滞后：吸氢时较高，放氢时较低。1.金属储氢原理不同合金成分斜率显著不同；温度越低，平衡氢压越低；平衡氢压与温度的关系1.金属储氢原理合金的吸氢反应机理（1）氢分子与储氢合金接触，吸附在合金表面上；H-H键解离，成为

4、原子状的吸附氢；（2）原子状氢向合金内部扩散，转变成吸收氢，形成含氢固溶体α相；（3）固溶氢饱和后继续与氢反应生成氢化物β相；2.储氢合金的电化学原理正极：Ni(OH)2负极：储氢合金电解液：KOH碱性蓄电池充放电时正极反应：充放电时负极反应：电池的总反应：充电放电充电放电充电放电镍氢电池的充放电原理充电时，负极吸收电子；正极放出电子；放电时，负极放出电子；正极吸收电子；注意：规定的电流方向是正电荷的运动方向，与电子运动的方向相反；正极：电势较高的电极；负极：电势较低的电极；阳极：发生氧化反应（失去电子）的电极；阴极：发生还原反应（得到电子）的电极；

5、2.储氢合金的电化学原理镍氢电池负极（储氢合金）上的电极反应机理2.储氢合金的电化学原理（1）水通过对流或扩散，液相传质到电极的固－液界面；（2）电极表面电子转移；（3）吸附的氢转化为吸收的氢；OH-的液相传质：（4）形成含氢固溶体或氢化物。3.金属储氢材料应具备的条件容易活化（氢由化学吸附到溶解至晶格内部），单位体积质量吸氢量大；吸收和释放氢速度快，氢扩散速度大，可逆性好；有平坦和宽的吸放氢平台，平衡分解压适中。用作储氢时，室温分解压为0.2-0.3MPa,做电池时为0.0001-0.1MPa.吸收和释放过程中的平台压之差小，即吸放氢滞后小。反复吸

6、放氢后，合金粉碎量小，性能稳定；有效导热率大；在空气中稳定，不易受N2,O2，水蒸汽等毒害；价格低廉，不污染环境。4.储氢合金分类与特点不论哪种合金都离不开A、B两类元素。A元素：容易形成稳定氢化物的发热型金属，如Ti,Zr,La,Mg,Ca等。B元素：难于形成氢化物的吸热型金属，如Ni,Fe,Co,Mn,Cu,Al等。根据原子比的不同AB5AB2ABA2B4.储氢合金分类与特点A元素的含量逐渐增加，吸氢量也随之增加，但反应速度减慢，反应温度升高，容易劣化。AB5A2B不同类型储氢合金的储氢性能规律：B元素含量增加，反应速度和反应温度都可以调整以满足

7、实际需要。4.储氢合金分类与特点4.1AB5型储氢合金（以LaNi5为例）优点：吸氢量大，室温即可活化，不易中毒，平衡压力适中，吸放氢速度快且滞后小。缺点：吸放氢循环过程中晶胞体积膨胀大，成本高，大规模应用受限。应用领域：热泵、电池、空调器中。4.储氢合金分类与特点4.2AB2型储氢合金（以TiMn2为例）具有Laves相结构（ 当两组元合金元素的原子半径比为1.2:1时形成的一种金属间化合物），不过成分并不固定，可在很大范围内变化。代表性合金：ZnMn2,TiMn2,TiCr2等。优点：更高的氢气存储能力和循环寿命长。缺点：活化困难、高速放电能力差

8、、价格贵。4.储氢合金分类与特点4.3AB型储氢合金（以TiFe合金为例）优点：（1）活化后，在室温下可逆地