储氢材料的简介

2024-04-25 03:01

1. 储氢材料的简介

储氢材料hydrogen storage material20世纪70年代以后,由于对氢能源的研究和开发日趋重要,首先要解决氢气的安全贮存和运输问题,储氢材料范围日益扩展至过渡金属的合金。如镧镍金属间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质:每克镧镍合金能贮存0.157升氢气,略为加热,就可以使氢气重新释放出来。LaNi5是镍基合金,铁基合金可用作储氢材料的有TiFe,每克TiFe能吸收贮存0.18升氢气。其他还有镁基合金,如Mg2Cu、Mg2Ni等,都较便宜。

储氢材料的简介

2. 简述实用型贮氢材料应具备的条件

亲您好,很高兴为你解答,简述实用型贮氢材料应具备的条件是在不太高的温度下,储氢量 大,释放氢量也大;原料来源广,价格便宜,容易制备;经多次吸、放氢, 其性能不会衰减;有较平坦和较宽的平衡压力平台区,即大部分氢均可在一 持续压力范围内放出;易活化,反应动力学性能好。【摘要】
简述实用型贮氢材料应具备的条件【提问】
亲您好,很高兴为你解答,简述实用型贮氢材料应具备的条件是在不太高的温度下,储氢量 大,释放氢量也大;原料来源广,价格便宜,容易制备;经多次吸、放氢, 其性能不会衰减;有较平坦和较宽的平衡压力平台区,即大部分氢均可在一 持续压力范围内放出;易活化,反应动力学性能好。【回答】
亲,氢材料是指液态氢燃料,燃烧一克氢能释放出142千焦耳的热量,是汽油发热量的3倍。它燃烧的产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境,法国轨道交通建设巨头阿尔斯通公司11月9日宣布,由他们生产的世界首款以氢为能源的火车于2021年在德国正式开跑。【回答】

3. 储氢材料的常见储氢材料

目前储氢材料有金属氢化物、碳纤维碳纳米管、非碳纳米管、玻璃储氢微球、络合物储氢材料以及有机液体氢化物。下面仅就合金、有机液体以及纳米储氢材料三个方面对储氢材料加以介绍。一,合金储氢材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物,其原理是金属与氢形成诸如离子型化合物、共价型金属氢化物、金属相氢化物-金属间化合物等结合物,并在一定条件下能将氢释放出来。合金作为储氢材料要满足一定的要求,首先其氢化物的生成热要适当,如果生成热太高,生成的氢化物过于稳定,释放氢时就需要较高的温度.而如果生成热太低,则不易吸收氢。其次形成氢化物的平衡压要适当,最好在室温附近只有几个大气压,便于吸放氢,而且要吸放速度快,这样才能够满足实际应用的需求。另外合金及其氢化物对水、氧和二氧化碳等杂质敏感性小,反复吸放氢时,材料性能不至于恶化。而且,储氢材料的氢化物还要满足在存储与运输过程中性能可靠、安全、无害、化学性质稳定等条件。现在已研究的并且符合上述要求的有镁系、稀土系、钛系和锆系等。在上述储氢材料中,镁系储氢合金具有较高的储氢容量,而且吸放氢平台好、资源丰富、价格低廉,应用前景十分诱人。镁可直接与氢反应,在300—400℃和较高的压力下, 反应生成Mg和H2反应生成MgH2: Mg + H2= MgH2?△H=-74.6kJ/mol。MgH2理论氢含量可达7.6% , 具有金红石结构, 性能较稳定, 在287 ℃时分解压为101.3kPa。由于纯镁的吸放氢反应动力学性能差, 吸放氢温度高, 所以纯镁很少被直接用来储存氢气,为此人们又开始研究镁基储氢合金材料。到目前为止, 人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。 二,液态有机物储氢材料 有机液体氢化物贮氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现的。加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢, 有机液体作为氢载体达到贮存和输送氢的目的。烯烃、炔烃、芳烃等不饱和有机液体均可作贮氢材料, 但从贮氢过程的能耗、贮氢量、贮氢剂、物理等方面考虑, 以芳烃特别是单环芳烃作贮氢剂为佳, 常用的有机物氢载体有苯、甲苯、甲基环己烷、萘等。用这些有机液体氢化物作为贮氢剂的贮氢技术, 是20 世纪80 年代开发的一种新型贮氢技术。1980年, Taube 等分析、论证了利用甲基环己烷作氢载体贮氢为汽车提供燃料的可能性。随后许多学者对为汽车提供燃料的技术开展了很多卓有成效的研究和开发工作, 对催化加氢脱氢的贮存输送进行了广泛的开发。有机液体氢化物贮氢作为一种新型贮氢材料, 其贮氢特点是: 有机液的贮存、运输安全方便, 可利用现有的贮存和运输设备,有利于长距离大量运输,贮氢量大, 苯和甲苯的理论贮氢量分别为7.19(wt)% 和6.18(wt)% ,比现有的金属贮氢量高得多,贮氢剂成本低且可多次循环使用,加氢反应要放出大量的热,可供利用,脱氢反应可利用废热。目前存在的主要问题是有机物氢载体的脱氢温度偏高, 实际释氢效率偏低。因此, 开发低温高效的有机物氢载体脱氢催化剂、采用膜催化脱氢技术对提高过程效能有重要意义 。三,纳米储氢材料纳米储氢材料分为两种方式,一种是将原有的储氢材料纳米化,还有一种就是开发新的纳米材料作为储氢材料。储氢合金纳米化提高储氢特性主要表现在以下几个方面原因。(1)对于纳米尺寸的金属颗粒,连续的能带分裂为分立的能级,并且能级间的平均间距增大,使得氢原子容易获得解离所需的能量,表现为贮氢合金活化能降低和活化温度降低。(2)纳米颗粒具有巨大的比表面积,电子的输送将受到微粒表面的散射,颗粒之间的界面形成电子散射的高势垒,界面电荷的积累产生界面极化,而元素的电负性差越大,合金的生成焓越负,合金氢化物越稳定。金属氢化物能够大量生成,单位体积吸纳的氢的质量明显大于宏观颗粒。(3)纳米贮氢合金比表面积大,表面能高,氢原子有效吸附面积显著增多,氢扩散阻力下降,而且氢解反应在合金纳米晶的催化作用下反应速率增加,纳米晶具有高比例的表面活性原子,有利于反应物在其表面吸附,有效降低了电极表面氢原子的吸附活化能,因而具有高的电催化性能。另外,由于纳米晶粒相当细小,导致晶界和晶格缺陷增加,而晶体缺陷和位错处的原子具有较高的能量可视为反应的活性中心,从而降低析氢过电位。(4)晶粒的细化使其硬度增加,贮氢合金的整体强度随晶粒尺寸的增加而增强,这对于抗酸碱及抗循环充放粉化,以及抵抗充放电形成的氧压对贮氢基体的冲击大有裨益,并且显著提高了贮氢合金耐腐蚀性。

储氢材料的常见储氢材料

4. 常用的储氢材料有哪些

已实用和研究发展中的贮氢材料主要有:

①镁系贮氢合金。主要有镁镍、镁铜、镁铁、镁钛等合金。具有贮氢能力大(可达材料自重的5.1%~5.8%)、价廉等优点,缺点是易腐蚀所以寿命短,放氢时需要250℃以上高温。

②稀土系贮氢合金。主要是镧镍合金,其吸氢性好,容易活化,在40℃以上放氢速度好,但成本高。

③钛系贮氢合金。有钛锰、钛铬、钛镍、钛铁、钛铌、钛锆、钛铜及钛锰氮、钛锰铬、钛锆铬锰等合金。其成本低,吸氢量大,室温下易活化,适于大量应用。

5. 储氢材料的比较

二、不同储氢方式的比较1、气态储氢气态储氢的 缺点:能量密度低;不太安全2、液态储氢液态储氢的缺点: 能耗高;对储罐绝热性能要求高3、固态储氢固态储氢的优点:体积储氢容量高;无需高压及隔热容器;安全性好,无爆炸危险;可得到高纯氢,提高氢的附加值2.1 体积比较2.2 氢含量比较

储氢材料的比较

6. 贮氢材料的特性

贮氢材料须具备以下基本特性:1、在不太高的温度下,贮氢量大,释氢量也大。2、氢化物的生成热,一般在29~46kJ/mol(7~11Keal/克分子)氢之间。3、成本低,原料来源广。4、经多次吸、放氢,性能不衰减,即使有衰减,经再生处理后也能恢复到原来水平。5、有较平坦和较宽的平衡压平台区,即大部分氢均可在一稳定的压力范围内放出。(6)容易活化,反应动力学性能好。(7)吸入、放出氢的压力差小等。

7. 储氢材料有哪些

储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。

储氢合金由两部分组成,一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A),它控制着储氢量的多少,是组成储氢合金的关键元素,主要是ⅠA~ⅤB族金属,如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re(稀土元素);另一部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素(B),它则控制着吸/放氢的可逆性,起调节生成热与分解压力的作用,如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。图1列出了一些金属氢化物的储氢能力。
目前世界上已经研制出多种储氢合金,按储氢合金金属组成元素的数目划分,可分为:二元系、三元系和多元系;按储氢合金材料的主要金属元素区分,可分为:稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等;而组成储氢合金的金属可分为吸氢类(用A表示)和不吸氢类(用B表示),据此又可将储氢合金分为:AB5型、AB2型、AB型、A2B型。 
无机物及有机物储氢材料
一些无机物(如 N2 、CO 、CO2)能与 H2 反应 ,其产物既可以作燃料, 又可分解获得 H2 ,是一种目前正在研究的储氢新技术。如碳酸氢盐与甲酸盐之间相互转化的储氢反应,反应以 Pd 或 PdO 作催化剂,吸湿性强的活性炭作载体, 以 KHCO3 或 NaHCO3 作储 氢剂储 氢量可达2wt %。该方法的主要优点是便于大量地储存和运输,安全性好,但储氢量和可逆性都不是很好 。
有些金属可与水反应生成氢气 。例如 Na, 反应后生成 NaOH ,其氢气的质量储存密度为 3wt %。虽然这个反应是不可逆的, 但是 NaOH 可以通过太阳能炉还原为金属 Na 。同样, Li 也有这种过程 , 其氢气的质量储存密度为 6.3wt %。这种储氢方式的主要难点是可逆性和控制金属的还原 。目前, 对于 Zn的应用较成功。
Li3N 的理论吸氢量为 11.5wt %,在 255 ℃氢气氛中保持半个小时, 总吸氢量可达 9.3wt %。在 200 ℃下, 给予足够的时间, 还会有吸收 。在 200 ℃真空(1 mPa)下, 6.3wt %的氢被释放 ,剩余的氢要在高温(高于 320 ℃)下, 才能被释放 。与其他金属氢化物不同的是, 在 PCT 曲线中,Li3N 有两个平台:第一个有较低的平台压, 第二个则是一个斜坡。
有机物储氢技术始于 20 世纪 80 年代。有机物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应,即利用催化加氢和脱氢的可逆反应来实现。加氢反应实现氢的储存(化学键合),脱氢反应实现氢的释放。有机液体氢化物储氢作为一种新型储氢技术有很多优点:储氢量大, 如苯和甲苯的理论储氢量分别为 7.19wt %和 6.18wt %;储氢剂和氢载体的性质与汽油类似 ,因而储存、运输 、维护、保养安全方便, 便于利用现有的油类储存和运输设施;不饱和有机液体化合物作储氢剂可多次循环使用, 寿命可达 20 年。但这类方法在加氢、脱氢时条件比较苛刻 ,而且所使用催化剂易失活,因而还在做进一步的研究。 
纳米储氢材料
纳米材料由于具有量子尺寸效应、小尺寸效应及表面效应,呈现出许多特有的物理、化学性质, 成为物理、化学、材料等学科研究的前沿领域。储氢合金纳米化后同样出现了许多新的热力学和动力学特性, 如活化性能明显提高, 具有更高的氢扩散系数和优良的吸放氢动力学性能。纳米储氢材料通常在储氢容量、循环寿命和氢化-脱氢速率等方面比普通储氢材料具有更优异的性能, 比表面积和表面原子数的增加使得金属性质发生变化, 具有了块体材料所没有的性质。由于粒径小, 氢更容易扩散到金属内部形成间隙固溶体, 表面吸附现象也更加显著,因而储氢材料的纳米化已成为当今储氢材料的研究热点。储氢合金纳米化为高储氢容量的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路。Tanaka 等 总结了纳米储氢合金优异动力学性能的原因: ( 1) 大量的纳米晶界使得氢原子容易扩散; ( 2) 纳米晶具有极高的比表面, 使氢原子容易渗透到储氢材料内部; ( 3) 纳米储氢材料避免了氢原子透过氢化物层进行长距离扩散, 而氢原子在氢化物中的扩散是控制动力学性能最主要的因素。通常情况下 Ni-Al 合金不具备吸氢特性, 韦建军等采用自 悬 浮 定 向 流 法 制 备 出 单 相 金 属 间 化 合 物AlNi 纳米微粒, 纳米 AlNi 在一定条件下, 可在 90—100℃ 实现吸氢-放氢过程, 其最大吸附量可达到材料自重的 7. 3% 。 
碳质材料储氢
吸附储氢是近几年来出现的新型储氢方法,具有安全可靠和储存效率高等优点。而在吸附储氢的材料中,碳质材料是最好的吸附剂,不仅对少数的气体杂质不敏感,而且可反复使用。碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭(AC)、石墨纳米纤维(GNF)、碳纳米管(CNT)。 
配位氢化物储氢
配位氢化物储氢是利用碱金属(Li、Na、K等)或碱土金属(Mg、Ca等)与第三主族元素可与氢形成配位氢化物的性质。其与金属氢化物之间的主要区别在于吸氢过程中向离子或共价化合物的转变,而金属氢化物中的氢以原子状态储存于合金中。
表1给出了部分配位氢化物,可以看出它们含有极高的储氢容量,因而可作为优良的储氢介质,其中LiBH4、NaBH4和KBH4已实现了工业化生产。

应当指出的是,配位氢化物室温下它的分解速率很低,如LiBH4、NaBH4等金属硼氢化物在干燥或惰性气氛中,要到300℃以上才能分解释放氢气,而且其循环性能的研究也较少。为此,Bogdanovic等以NaAlH4为研究对象,发现催化剂能降低其反应活化能,且Ti4+较Zr4+的催化性能要好。
对于配位氢化物的研究开发,索新的催化剂或将现有催化剂(Ti、Zr、Fe)进行优化组合以改善其低温放氢性能,以及循环性能方面还需做更进一步的研究。 
水合物储氢
气体水合物,又称孔穴形水合物,是一种类冰状晶体,由水分子通过氢键形成的主体空穴在很弱的范德华力作用下包含客体分子组成,其一般的反应方程为:
R+nH2O----R·nH2O(固体)十△H(反应热)
水合物通常有3种结构,具体见图2和表2。很多气体或易挥发性液体都能在一定的温度和压力条件下和水生成气体水合物,例如天然气、二氧化碳以及多种氟里昂制冷剂。

水合物储存氢气具有很多的优点:首先,储氢和放氢过程完全互逆,储氢材料为水,放氢后的剩余产物也只有水,对环境没有污染,而且水在自然界中大量存在并价格低廉;其次,形成和分解的温度压力条件相对较低、速度快、能耗少。粉末冰形成氢水合物只需要几分钟,块状冰形成氢水合物也只需要几小时;而水合物分解时,因为氢气以分子的形态包含在水合物孔穴中,所以只需要在常温常压下氢气就可以从水合物中释放出来,分解过程非常安全且能耗少。因此,研究采用水合物的方式来储存氢气是很有意义的,美国、日本、加拿大、韩国和欧洲已经开始了初步的实验研究和理论分析工作。

储氢材料有哪些

8. 储氢材料的现状

3.1 金属氢化物3.2 配位氢化物3.3 纳米材料金属氢化物储氢特点反应可逆氢以原子形式储存,固态储氢,安全可靠较高的储氢体积密度Abs.Des.M + x/2H2MHx + HPosition for H occupied at HSMHydrogen on Tetrahedral SitesHydrogen on Octahedral Sites3.1 金属氢化物储氢

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