储氢材料

储氢材料

摘要：作为一种新型的清洁能源，氢的廉价制取、安全高效储存与运输及其模型应用，将是今后研究的重点。本文介绍了储氢材料的结构、性能、制

备及应用；展望了储氢材料的发展趋势。

关键字：氢；储氢材料；清洁能源

1引言

随着传统能源的日渐枯竭，致使人类面临着能源、资源和环境危机的严峻挑战，同时人们环保意识的日益增强，开始大力寻找新的洁净能源己成为科研工作的焦点[l]。在这些过程中，氢以其独有的优点逐渐得到人们的公认。氢作为洁净能源具有以下优点：(l) 氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染；(2) 氢可以通过太阳能、风能等分解水而再生，是可再生能源；(3) 燃烧1g氢放出的热量是等量汽油的3倍左右；(4) 氢资源丰富，可通过水、碳氢化合物等电解或分解生成。由此可见，氢是一种清洁，高效的能源，在未来有着广阔的应用前景。在氢能利用过程中，有两个重要的方面，即氢能的制备和储运。在氢能的制备方面：人类通过利用太阳能光解海水可以制得大量的氢；故氢的储存和运输是其发展和应用中遇到的难点之一。

2 氢的存储标准与现状

“储氢材料”顾名思义是一种能够储存氢的材料。衡量储氢材料性能的标准主要有2个：体积储氢密度(kg/m3)和储氢质量分数(%)。体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量，储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。另外，充放氢的可逆性、充放气速率及可循环使用寿命等也是衡量储氢材料性能的重要参数[2]。

和其它物质一样，氢的存在状态也是固态、液态、气态。气态时存储方式较为简单方便，也是目前储存压力低于17MPa氢气的常用方法。但其密度较小，体积大；由于是易燃气体在运输和使用过程中存在安全隐患是该方法的不足之处。液态储氢方法的体积密度高(70kg/m3)，但氢气的液化需要冷却到20K的超低温下才能实现，此过程消耗的能量约占所储存氢能的25%~45%。液态氢不仅储存成本高，而且使用条件苛刻，目前只限于在航天技术领域中应用。因此这些传统的储氢方法根本无法满足现代社会对氢能利用的要求。为此世界各国纷纷投人大量精力来解决这一难题。随着研究的深入进展，在储氢材料领域中逐渐出现了多样化，其中最典型的有三大类：金属储氢材料、多孔吸附储氢材料、有机液态储氢材料等。

3 金属储氢材料

金属储氢材料通常是指合金氢化物材料，其储氢密度是标态下氢气的1000倍以上，与液氢相同甚至超过液氢[3]。储氢合金的特征是由一种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A)和另一种吸氢量小或根本不吸氢的元素(B)共同组成。A 金属主要是ⅠA —ⅤB 族金属，如Ti 、Zr 、Ca 、Mg 、V 、Nb 、Re(稀土元素)等，它们与氢的反应为放热反应(ΔH<0)。B 金属与氢的亲和力小，如Fe 、Co 、Ni 、Cr 、Cu 、Al 等，氢溶于这些金属时为吸热反应(ΔH>0)，但氢很容易在其中移动。A 控制着储氢量，是组成储氢合金的关键元素；B 控制着吸放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的作用。

3.1 金属储氢材料的储氢原理

通过控制一定的温度和压力，当氢与储氢合金接触时，即能在储氢合金表面分解为H 原子，然后H 原子扩散进入合金内部直到与合金发生反应生成金属氢化物。氢原子在储氢合金内的扩散模型如图1所示[4]：

反应为可逆反应，反应进行的方向由氢气的压力和温度决定。如果氢气的压力在平衡压力以上，则反应向形成金属氢化物的方向进行，反之，若低于平衡氢压，则发生金属氢化物的分解。可逆特征反应如下式所示：

n MH H n M ?+22

式中：M 为储氢材料(合金，储氢合金)；MH n 为金属氢化物(氢化物)。

若反应向右进行，称为氢化(吸氢)反应，为放热反应；若反应向左进行，称为释氢反应，为吸热反应。式中的n 表示吸储氢量的大小。在氢气的吸储和释放过程中，伴随着热能的生成或吸收，也伴随着氢压的变化，因此，可利用这种可逆反应，将化学能(H 2)、热能(反应热)和机械能(平衡氢压)有机地结合起来，构成具有各种能量形态转换、储存或运输的载能系统。

在一定温度和压力下，储氢合金与氢接触首先形成含氢固溶体(MH x ) (α相)，其溶解度[H]M 与固溶体平衡氢压2H P 的平方根成正比，即：

图1 氢原子在合金内的扩散模型

M H H P ][2/12

∝ 随后，固溶体MH x 继续与氢反应，产生相变，生成金属氢化物(β相)。这一反应可写成：

y x MH x

y H MH x y -?+-222 式中，x 是固溶体中的氢平衡浓度，y 是合金氢化物中氢的浓度，一般y ≥x 。再提高氢压，金属中的氢含量略有增加。这个反应是一个可逆反应，正向反应吸氢，放出热量；逆向反应解吸，吸收热量。

储氢合金的吸放氢反应与碱金属、碱土金属或稀土金属所进行的氢化反应的主要差别在于其可逆性。不论是吸氢反应，还是放氢反应，都与系统温度、压力及合金组成有关。根据Gibbs 相律，如果温度一定，上式反应将在一定压力下进行，该压力即为反应平衡压力。金属与氢的反应平衡用压力/组成/温度P-C-T 曲线如图2所示[5]：

横轴表示固相中的氢与金属的原子比；纵轴为氢压，图中T 1

O

压，则β相组成就会逐渐接近化学计量组成，氢化物中的氢仅有少量增加。B点以后，β相氢化反应结束，氢压显著增加。而放氢过程一般是上述过程的逆过程。

温度升高时，平台向图的上方移动，而当温度升至某一点时，平台消失，即出现拐点(又称临界点)。因此，温度低有利于吸氢，温度高有利于放氢。这也就是说，一般合金氢化物的生成过程是放热反应，而氢化物的放氢过程则是吸热反应。

3.2 典型的储氢合金

储氢合金的分类方式有很多种。按组成储氢合金金属成分的数目区分，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、钙系、钛系、锆系、镁系；如果把构成储氢合金的金属分为吸氢类(用A表示)和不吸氢类(用B表示)，可将储氢合金分为AB5型、AB2型、AB型、A2B型等。

3.2.1 稀土系储氢合金

稀土系储氢合金以LaNi5为代表，储氢密度约 1.4wt%，25℃时分解压约0.2MPa。其优点是吸放氢速度快、易活化、不易中毒、平衡压适中和滞后小；其缺点是在吸放氢过程中晶胞膨胀过大、易于粉化、储氢密度低和成本高。改善其储氢性能的方法是以Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Y和Er等稀土元素代替部分La[6]；以Al、Mn、Cu、Cr、Fe、Co、Ag和Pd等代替部分Ni，除Pd外，其它金属均可降低LaNi5的平衡压力。

3.2.2 镁系储氢合金

金属镁具有资源丰富、价格低廉和储氢密度大(理论储氢密度为7.6wt%)等优点，但由于MgH2生成热大，相对稳定，放氢温度高，动力学性能差，使其应用受到了限制。近年来利用过渡金属催化镁系储氢合金氢化反应得到了较快的发展，过渡元素Ni、Cu、Ti等能够降低氢化镁的活化能和改善反应动力学性能，从而催化了镁与氢气的反应，如Mg-Ni-Cu、Mg-Ni-Ti、Mg-Ni-Co-Ca等合金储氢密度可达到3%~5%(wt)，储氢温度为150℃，放氢温度低于300℃。镁系储氢合金的制备除了熔炼法，还可用氢化燃烧合成法、还原扩散法、共沉淀还原法和机械力化学法。目前镁系储氢材料的制备主要朝着机械合金化方向发展，以Ti、Zr、Al来代替部分Mg制备纳米晶和非晶态合金，如Liang G等制备的纳米晶Mg1.9Ti0.1Ni合金，200℃时未经活化即可快速储氢，储氢密度为3.0wt%；Woo J H 等用Zr代替部分Mg，混合球磨120h形成的Mg1.8Zr0.2Ni非晶态合金，30℃时储氢密度为2.3wt%，200℃以下可逆放氢量为2.0wt%；Zaluska A等制备的纳米晶Mg-Mg2Ni的储氢密度可达5.5wt%；Wu C Z等制备的纳米镁碳复合材料的储氢密度在6.0wt%以上。

3.2.3 钛系储氢合金

TiFe合金是钛系储氢合金的代表，理论储氢密度为1.86wt%，室温下平衡氢压为0.3MPa，具有CsCl型结构。钛系合金的优点是资源丰富，成本低，在室温下即可吸放氢，易于工业化生产；其缺点是活化困难，需要在较高温度和压力下进行，并且容易受杂质气体的影响。为了克服这些缺点，在二元合金的基础上用其它元素代替Fe，开发出了一系列TiFe复合合金，如TiFe0.8Mn0.18Al0.02Zr0.05、TiFe0.8Ni0.15V0.05、TiMn0.5-Co0.5、TiCo0.75Cr0.25等。

3.2.4 锆系储氢合金

锆系合金以ZrMn2为代表，具有C14、C15、C36等Laves相结构，理论储氢密度为1.5wt%，易于活化、热效应小，但稳定性较差。为了改善其稳定性，采用多元合金复合的方法，如Zr(Mn-V-Ni-M)2+a(M代表Cr、Fe、Co，0≤a≤1)系列合金。

3.2.5 钒系固溶体型储氢合金

钒系固溶体以V-Ti和V-Cr为代表，与氢反应可生成VH及VH2两种类型氢化物，VH2的理论储氢密度为3.8wt%，VH由于平衡压太低(10-9MPa)，室温时VH放氢不能实现，而VH2向VH转化，储氢密度只有1.9wt%。但钒系固溶体的储氢密度仍高于现有稀土系和钛系储氢合金。钒系固溶体合金具有储氢密度较大、平衡压适中等优点，但其氢化物的分解压受金属杂质的影响很大，且合金熔点非常高、价格昂贵、制备困难、对环境有污染，不适合作为大规模应用的储氢材料。目前钒系固溶体储氢合金研究的重点是优化合金的相结构来提高钒系固溶体的储氢性能和利用低廉的V合金原料代替纯V来降低合金的成本。

通过对金属储氢合金成本、储氢性能及动力学比较，可以得出如下结论：稀土系、锆系和钛系合金吸放氢温度低、动力学性能好，易于工业化生产，但储氢密度低，不能满足汽车工业的需要；镁系合金成本低，储氢密度大，但热力学和动力学性能差，工业化尚有距离；钒系固溶体价格昂贵，对环境有污染，与氢能是洁净二次能源相矛盾。就目前的研究现状而言，金属储氢合金还不能满足氢能汽车用氢的要求。

4 多孔吸附储氢材料

多孔固体材料储氢，因其工作压力低、储存容器重量轻、形状选择余地大等优点，成为当前储氢材料开发和研究的热点。作为储氢用多孔吸附材料基本上可分为4类：碳基多孔材料、非碳纳米管类材料、矿物多孔材料和金属有机物多孔材料[7]。

4.1 碳基多孔材料

在吸附储氢材料中，碳基材料是非常好的吸附剂，主要包括活性碳和碳纳米管等。活性炭储氢是在中低温(77~273K)、中高压(1~10MPa)下利用超高比表面积的活性炭作吸附剂的吸附储氢技术。与其它储氢技术相比，超级活性炭储氢具有经济、储氢量高、解吸快、循环使用寿命长和容易实现规模化生产等优点，是一种颇具潜力的储氢方法。在活性炭中分布着很多尺寸和形状不同的小孔，一般根据孔的尺寸可以将其分为3类；即孔径<2nm的微孔，2~50nm的中孔，>50nm 的大孔。微孔又可细分为超微孔(0.7~2nm)和极微孔(<0.7nm)。大孔主要是作为被吸附分子到达吸附点的通道，控制着吸附速度；中孔和大孔一样，也支配着吸附速度，但在较高浓度下会发生毛细凝聚，同时还作为不能进入微孔的较大分子的吸附点；微孔是由纤细的毛细管壁构成，因而可使材料表面积增大，相应地也使吸附量提高。研究证实，能够吸附两层氢的孔的大小是最合适的吸附氢的孔尺寸(大约0.6nm)。同时活性炭储氢性能与温度和压力也密切相关，温度越低，压力越高，储氢量越大。低温时，在4.5~6MPa的压力下就可储氢5.2%(质量分数)，而相同压力下，室温时的储氢量却只有011 %左右。

碳纳米管也是一种储氢量大的碳基吸氢材料，有多壁碳纳米管(MWNT)和单壁碳纳米管(SWNT)之分。SWNT和MWNT的共同特点是由单层或多层的石墨片卷曲而成，具有长径比很高的纳米级中空管。中空管内径为0.7到几10nm，特别是SWNT的内径一般<2nm，而这个尺度是微孔和中孔的分界尺寸，这说明SWNT的中空管具有微孔性质，可以看作是一种微孔材料。氢气在碳纳米管中的吸附储存机理比较复杂，根据吸附过程中吸附质与吸附剂分子之间相互作用的区别，可分为物理吸附和化学吸附。碳纳米管最早由日本饭岛博士在1991年首先制得，1997年Dillin开辟了碳纳米管储氢研究的先河，用单壁碳纳米管在室温和氢气压力40kPa时得到储氢量5%~10%，并指出氢在高温吸附位上是物理吸附，碳纳米管的储氢量为活性炭的10倍。李雪松、慈立杰等分析了结构和表面特性对碳纳米管储氢性能的影响，认为官能团的存在不利于氢气的吸附。他们通过对碳纳米管进行高温石墨化处理，有效清除了表面官能团并改善了多壁碳纳米管的晶化程度，在25℃、10MPa下测定的储氢容量达到了4%。有学者研究了金属掺杂对碳纳米管储氢容量的影响，Chen等报道的掺杂Li及掺杂K的多壁碳纳米管的储氢量分别高达20%及14%(200~400℃、常压)。但是，Ralp.T.Yang认为，可能是容器中的气体混入了水气才得出如此高的储氢量。于是Yang用与Chen同样的方法及超纯氢(>99.999%)重做了碱金属掺杂的碳纳米管的储氢实验。结果表明，若用干燥的氢气作为氢源，掺碱金属的碳纳米管的储氢能力只有2%左右。此外，使用催化剂可以有效增强碳纳米管对氢的吸收。Reaju Zacharia等研究了掺杂部分Pd和V的碳纳米管的储氢性能，结果发现其储氢量相对未掺杂时增加

了近30%，同时掺杂后的碳纳米管表现出了更好的吸氢动力学性能。

4.2 非碳纳米管类材料

纳米管是一类极具潜力的储氢材料，除了碳纳米管外，人们还对BN、TiS2和MoS2等纳米管材料的储氢性能进行了深入研究。

BN纳米管具有和碳纳米管相似的电子构型和显微结构，因而引起科研工作者的极大兴趣。Ma等运用化学气相沉积法在2000K，N2/NH3气氛下，以热解B-N-O前驱体的方式制备了多壁型和竹子型两种BN纳米管。在10MPa的压力下，其储氢量分别为1.8%和2.6%，而传统工艺制备的BN粉末的储氢量仅为0.2%左右。多壁型BN纳米管的吸氢量相对较低，这主要因为多壁型BN纳米管具有封闭式结构，氢只能吸附在其外表面和空隙中；而竹子型BN纳米管被认为是具有聚合化的纳米钟构造，具有更多的内在结构缺陷，而且在其外表面有很多边缘开裂式结构的层，有效增加了其比表面积，从而极大的改善了材料的储氢能力。由此可见比表面积对材料的储氢性能有着显著的影响。深入的研究进一步印证了这一点，加热运用CVD法制备的BN纳米管，使其具备折叠弯曲结构，在10MPa 的压力下，其储氢量可达4.2%，BET测试显示其比表面积从开始254.2m2/g增加为789.1m2/g。

在TiS2材料中，S/Ti/S层与层之间通过范德华力的作用结合在一起，外来氢原子可以很容易的嵌入到层中，从而实现储氢，因而TiS2也是一种较好的储氢材料。Chen等合成了多壁型的TiS2纳米管，其为末端开口的管状结构，管的外径为30nm，内径为10nm，层间距约为0.57nm。这种TiS2纳米管为六方纳米晶相，其储氢量在25℃，4MPa下可达2.5%，但是随着温度的升高，其吸氢量会迅速降低。TiS2纳米管吸氢主要是通过化学吸附(40%)和物理吸附(60%)来进行。

MoS2纳米管也是一种与碳纳米管非常类似的纳米管，它可以通过(NH4)2MoS4与氢气直接反应获得。首先，多晶的(NH4)2MoS4在氢气氛下球磨，球磨后的粉料放在氧化铝基片上，在400℃下煅烧1h就可制备成纯度为90%的线状MoS2纳米管。这种纳米管经过KOH处理后，可以引进更多的结构缺陷，使其比表面积明显增加，由处理前的22m2/g增大为28m2/g，其储氢量在25℃，3MPa下可达1.2%，而相同条件下，多晶的MoS2的吸氢量只有0.2%左右。

4.3 矿物多孔材料

矿物多孔储氢材料是指具有结构性纳米孔道的多孔矿物，如：沸石、坡缕石、海泡石等，其纳米孔道可以是一维或二维，甚至是三维尺度，通常具有较大的比表面积，且外表面积相对于内比表面积可以忽略不计。理论上，多孔矿物储氢原理与多孔固体材料储氢相似，但由于矿物表面通常具有极性，而极性表面会对氢分子产生静电吸引，因此矿物储氢的形式可能是多样的。目前被广泛进行储氢性

能研究的多孔矿物主要是沸石。

沸石是一种多孔铝硅酸盐矿物，通常按来源划分为天然沸石(如丝光沸石、浊沸石、八面沸石等)及合成沸石(如A型、X型、Y型等)两种类型。沸石通常具有独特的笼，如α、β笼等。笼与笼之间由多元环相连形成孔道。形成的孔道可在一维、二维或三维方向上相通，分别形成一维孔道体系(如方沸石等)、二维孔道体系(如钠沸石、斜发沸石等)或三维孔道体系(如A型沸石和B型沸石等)的孔结构。沸石笼，尤其是大空腔的笼(如α笼被认为是一种天然、良好的储氢单元。Nijikamp等对ZSM-5沸石(430m2/g)的试验研究表明，在77K、1×105Pa条件下其储量达0.7%。增加储氢压力至70~90MPa，沸石的每个α笼可吸附2~2.5个氢分子，氢吸附量至少达2%，与理论计算结果基本相符。Weitkamp等对具有不同可交换阳离子的A型沸石的氢吸附性能的研究结果表明，除CsA沸石外，含K+、Na+、Rb+等可交换阳离子的A型沸石都具有一定的储氢能力，在压力为2.5~10MPa，温度为300K条件下，氢吸附量达到了5.7cm3/g。

总的来说沸石类多孔矿物材料的储氢效果还不甚理想，这主要是因为此类材料自身具有相对较大的单位质量，同时材料中含有许多不能吸氢的大直径的空间等。因而在新的储氢材料设计上应注意以下几个方面：新材料应以轻元素为构架，尽可能少含甚或不含重元素；避免材料中出现无谓的不能吸氢的空穴单元，同时，新的构架还应有助于增强氢气与材料的相互作用能。有鉴于此，近年来人们开发出一类新的储氢材料——金属有机物骨架多孔材料。

4.4 金属有机物多孔材料

Eddaoudi等首次提出了基于金属离子和有机羧酸酯联接剂制备具有网络结构化合物的理论。该方法运用分子自组装的工艺可对材料的多孔结构进行，材料中孔的大小和功能可以系统地变化。MOFs是目前报道的最轻的晶体材料，其密度甚至可以小到0.21g/cm3。Zn4O(L)3是一种典型的具有立方结构的MOFs材料，Omar M.Yaghi合成了一系列的MOFs材料。材料中，Zn4O基团位于立方晶胞的顶角位置，被作为线性联接剂的有机羧酸酯L联在一起。MOF-5在78K时具有高达4.5%的储氢量，即使在室温、1MPa的压力下，其储氢量也达到了0.5%，通过使用不同的有机联接剂，甚至可以使其吸氢量达到原来的4倍。

除却制备因素的影响外，有机联接剂对氢气的吸附有着极为重要的影响。Hubnoer通过理论研究发现氢气分子与不同有机联接剂间的相互作用能会随着官能团的不同而发生系统的变化。吸引电子基团降低了相互作用能，而排斥电子基团会增加相互作用能；同时，大的芳香族联接剂会比单个的苯环好的多。当前，人们对氢气在MOFs材料中的行为研究还不是很清楚，有机联接剂作为氢气的束缚位置起到了很重要的作用，同时材料中孔的相对尺寸及氢气分子与孔表面的相

互作用能等也是很重要的影响因素。孔的相对尺寸要做到既能增加单位体积材料中小孔的数目，又能增加单位体积材料的有效束缚点，这样将会显著改善材料的储氢性能。pan等进行了这方面的相关研究，合成了一种Cu基的称作MMOM 的材料。这种材料具有类似单壁碳纳米管的物理性能，同时在某些方面又优于碳纳米管，如：材料中整合了吸氢金属但是不会象独立的吸氢金属那样过于强烈地束缚住氢，使其难以脱附；其中的有机成分可有效改善材料与氢的相互作用；材料中开放的有序管道可以使氢气快速高效地进入材料内部空间，可显著改善材料的吸放氢动力学性能。经过测试，这种材料的储氢体积密度达到了0.0147gH2/cm3，相对于前面提到的MOF-5(储氢体积密度是0.0099gH2/cm3)提高了近50%。Zhao等合成了具有许多小的通道的Ni基的MOFs材料，研究了孔的空间阻碍对材料的储氢性能的影响。他们发现在吸放氢的过程中，该材料表现出了非常特殊的滞后效应，氢气主要吸附在孔容在01149和0.181cm3/g的小孔中。这种小孔只允许氢气通过，使氢气在较高的压力下被吸附而在较低的压力下脱附，从而起到氢分子窗口的作用。

5 有机液态储氢材料

有机液态材料储氢是利用该类物质的不饱和键与氢原子间在一定条件下发生一对互逆反应来完成的[8]。即加氢和脱氢反应，通过加氢反应来实现储氢过程，相反脱氢反应则实现了放氢过程。研究发现一些有机碳氢化合物可大量可逆吸、放氢，且反应高度可逆，具有可长期稳定使用、体积储氢密度高和易于运输等优点，被认为是适合大规模氢能源储存输送的有发展前途的载体之一。1975年，Sultan和Shaw首次提出利用液态氢化物的储氢以来，这种新的储氢技术就得到日本、瑞士、加拿大、英国等国的重视。目前，瑞士、加拿大、英国正从事将有机液体储氢技术用于汽车燃料的研究工作，其中瑞士在随车脱氢方面进行了深人的研究，并已经开发出两代试验原型汽车MTH-l和MTH-2。加拿大和欧洲一些国家正在联合研究这种储氢技术以期作为未来洲际间长距离管道输运氢能的手段，日本等国也正在考虑应用该储氢技术作为海运氢的有效方法。目前能实现这一过程的氢化物储氢材料主要有苯和甲苯两种。在苯中热催化加氢需要在高温和高压条件下进行，并且加氢的反应速率较慢，由于苯、甲苯催化加氢与氢析出反应是竞争反应，所以目前提出了电化学催化加氢，与热催化加氢相比，电化学催化加氢不需要高温和高压，反应条件温和。其化学吸附氢量可以通过控制电流密度或电压来达到，并且可避免毒物的吸附。陈进富等研究表明，在673K、常压、WHSV为6H-1条件下，甲基环已烷的有效储氢量达5.67%，且脱氢转化率可稳定l00h。为了提高氢载体的有效储氢量，现多采用膜反应器与该反应体系集成进

行研究。Paioma等采用把膜反应器对甲基环已烷脱氢反应的研究结果表明，在573K-623K温度下，压力接近常压时WHSV为0.626H-1条件下，甲基环已烷的有效储氢量约为6.16wt%，基本上达到其理论值储氢量。

6 总结与展望

能源、资源及环境问题迫切需要氢能源来化解这种危机，但目前储氢材料的研究大多仍处于实验室的探索阶段，主要集中在新材料的发现方面，对材料的规模化或工业制备还未及考虑，对不同储氢材料的储氢机理也有待于进一步研究。另外，因为每一种储氢材料都有其优缺点，且大部分储氢材料的性能都有加合性的特点，而单一的储氢材料的性质也较多地为人们所认识。因此认为，应该研制出集多种单一储氢材料储氢优点于一体的复合储氢材料是未来储氢材料发展的一个方向。

参考文献

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力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会, 2007, 11

储氢材料的储氢原理与研究现状

储氢材料的储氢原理与研究现状 氢能，即氢气中所含有的能量。具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高等特点[2]。目前，能源危机和环境危机日益严重。许多国家都在加紧部署、实施氢能战略，如美国针对运输机械的“Freedom CAR”计划和针对规模制氢的“Future Gen”计划，日本的“New Sunshine”计划及“We-NET”系统，欧洲的“Framework”计划中关于氢能科技的投人也呈现指数上升趋势[3]。但是，氢能的使用至今未能商业化，主要的制约因素就是存储问题难以解决。因此，氢能的利用和研究成为是当今科学研究的热点之一。而寻找性能优越、安全性高、价格低廉、环保的储氢材料则成为氢能研究的关键。 目前，氢可以以高压气态液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。高压气态液态[4]储氢发展的历史 较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到15MPa时质量储氢密度不超过3 %。而且存在很大的安全隐患，成本也很高。 金属氢化物[5-7]储氢开始于1967年，Reilly等报道Mg2Cu能大量储存氢气，接着1970年菲利浦公司报道LaNi5在室温下能可逆吸储与释放氢气，到1984年Willims制出镍氢化物电池，掀起稀土基储氢材料的开发热潮[8-9]。金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构形成氢化物。有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。具体有NaH-Al-Ti、 Li3N-LiNH2、MgB2-LiH、MgH2-Cr2O3及Ni(Cu,Rh)-Cr-FeO x等物质，

储氢材料

储氢材料 摘要：作为一种新型的清洁能源，氢的廉价制取、安全高效储存与运输及其模型应用，将是今后研究的重点。本文介绍了储氢材料的结构、性能、制 备及应用；展望了储氢材料的发展趋势。 关键字：氢；储氢材料；清洁能源 1引言 随着传统能源的日渐枯竭，致使人类面临着能源、资源和环境危机的严峻挑战，同时人们环保意识的日益增强，开始大力寻找新的洁净能源己成为科研工作的焦点[l]。在这些过程中，氢以其独有的优点逐渐得到人们的公认。氢作为洁净能源具有以下优点：(l) 氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染；(2) 氢可以通过太阳能、风能等分解水而再生，是可再生能源；(3) 燃烧1g氢放出的热量是等量汽油的3倍左右；(4) 氢资源丰富，可通过水、碳氢化合物等电解或分解生成。由此可见，氢是一种清洁，高效的能源，在未来有着广阔的应用前景。在氢能利用过程中，有两个重要的方面，即氢能的制备和储运。在氢能的制备方面：人类通过利用太阳能光解海水可以制得大量的氢；故氢的储存和运输是其发展和应用中遇到的难点之一。 2 氢的存储标准与现状 “储氢材料”顾名思义是一种能够储存氢的材料。衡量储氢材料性能的标准主要有2个：体积储氢密度(kg/m3)和储氢质量分数(%)。体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量，储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。另外，充放氢的可逆性、充放气速率及可循环使用寿命等也是衡量储氢材料性能的重要参数[2]。 和其它物质一样，氢的存在状态也是固态、液态、气态。气态时存储方式较为简单方便，也是目前储存压力低于17MPa氢气的常用方法。但其密度较小，体积大；由于是易燃气体在运输和使用过程中存在安全隐患是该方法的不足之处。液态储氢方法的体积密度高(70kg/m3)，但氢气的液化需要冷却到20K的超低温下才能实现，此过程消耗的能量约占所储存氢能的25%~45%。液态氢不仅储存成本高，而且使用条件苛刻，目前只限于在航天技术领域中应用。因此这些传统的储氢方法根本无法满足现代社会对氢能利用的要求。为此世界各国纷纷投人大量精力来解决这一难题。随着研究的深入进展，在储氢材料领域中逐渐出现了多样化，其中最典型的有三大类：金属储氢材料、多孔吸附储氢材料、有机液态储氢材料等。

储氢材料综述

储氢材料研究现状与发展趋势 xxx 摘要：氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属储氢(镁基储氢、Fe-Ti基储氢、金属配位氢化物、钒基固溶体型储氢)、碳基储氢、有机液体储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。 关键字：储氢材料，储氢性能，金属储氢，碳基储氢，有机液体储氢。 1.引言 氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。 氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散，这给储存和运输带来很大困难。当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。储氢和输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。当氢作为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时,应符合车载状况的要求。对于车用氢气存储系统,国际能源署(IEA)提出的目标是质量储氢密度大于5wt%,体积储氢密度大于50kgH2/m3,并且放氢温度低于423K,循环寿命超过1000次;而美国能源部(DOE)提出的目标是到2010年质量储氢密度不低于6wt%,体积储氢密度大于45kgH2/m3;到2015年上述指标分别达9wt%和81kgH2/m3;到2010年车用储氢系统的实际储氢能力大于3.1kg(相当于小汽车行使500km所需的燃料)。图1给出了目前所采用和正在研究的储氢材料的储氢能力对比。

浅谈储氢材料

储氢材料的背景 人类社会发展进步到今天，生活现代化了。但是由于资源的大量开发、使用，使人类面临着全地球的能源危机和环境污染问题。长期以来，地球上的主 要能源煤炭、石油、天然气现在已面临枯竭的境地。在能源危机警钟响起时， 人们把注意力集中到太阳能、原子能、风能、地热能等新能源上。但是要使这 些自然存在形态的能量转变为人们直接能使用的电能，必须要把它们转化为二 次能源。那么最佳的二次能源是什么呢?氢能就是一种最佳的二次能源。 氢是地球上一种取之不尽的元素。用电解水法取氢就是氢元素的广阔源泉。氢是一种热值很高的燃料。燃烧1千克氢可放出62.8千焦的热量，1千克氢可以代替3千克煤油。氢氧结合的燃烧产物是最干净的物质--水，没有任何污染。未来最有前途的燃料电池也主要是以氢为能源。所以人们很自然地把注意力集 中在氢能源的开发和利用上。要利用好氢能源。摆在人们面前的问题是如何把 氢储存、运输和利用。 氢的来源非常丰富，若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭。氢 能的利用，主要包括两个方面：一是制氢工艺，二是储氢方法。 传统储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（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，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到－253 0C变为液体进行储存，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。近年来，一种新型 简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金（金属氢化物）来储存氢气。 储氢材料的定义 储氢材料是一种能够储存氢的材料，储氢材料是能与氢反应生成金属氢化 物的物质，（狭义）具有高度的吸氢放氢反应可逆性；（广义）储氢材料是能 够担负能量储存、转换盒输送功能的物质，“载氢体”、或“载能体” 研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。 其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。 这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。 储氢材料的分类 化学吸附材料 金属氢化物及合金（如LaAlH4） 复合氢化物（NaAlH4、NaBH4、LiBH4等）等 物理吸附材料

储氢的各种材料

一、前言 随着社会的发展，环境保护问题已经越来越为人们所重视。酸雨、温室效应、城市热岛效应等等 或初露倪端，或已对人类造成巨大的危害，这些环保问题的产生在很大程度上与人类大量使用化石能 源有关。同时，由于能源消耗量的迅猛增加，化石能源将不能满足经济高速发展的需求，需要开发新 的能源。在我国开发清洁的新能源体系更具有重要意义。 氢可以地球上近于无限的水为原料来制备，其燃烧产物也是水，具有零污染的优点，有望在石油中国论文联盟https://www.wendangku.net/doc/0e5120555.html, 时代末期成为一种主要的二次能源。氢能技术的发展，已在航天技术中得到了成功的应用。 氢是一种危险，易燃易爆的气体，在使用中必须保证安全，因此，一种安全、高能量密度（包括体积能量密度和重量能量密度）、低成本、使用寿命长的氢储、输技术的应用需求已越来越迫切。 二、目前主要的储氢方式 近年来研究较多的储氢方式有：（1）金属氢化物储氢；（2）液化储氢；（3）吸附储氢；（4）压缩储氢。 2．1金属氢化物储氢 氢和氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给氢化物时，它就分解为氢化金属并释放 出氢气。用来储氢的金属大多是由多种元素构成的合金，目前世界上研究成功的合金大致分为：（1）稀土镧镍，每公斤镧镍合金可储氢153L；（2）铁钛合金，储氢量大，价格低月在常温常压下释放氢；（3）镁系合金，是吸氢量最大的元素，但需要在287℃条件下才能释放氢，而且吸收氢十分缓慢；（4）钒、铌、铅等多元素系，这些金属本身是稀贵金属，因此只适用于某 些特殊场合。 与其它储氢方式相比，金属氢化物储氢具有压力平稳，充氢简单、方便、安全等优点，单位体积贮氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍。该储氢方式存在的问题为在大规模应用中如 何提高储氢材料的储氢量和降低材料成本，节约贵重金属。国际能源机构确定的未来新型储素材料的标准为储氢量应大于5Wt％，并且能在温和条件下吸放氢。根据这一标准，目前的储氢合金大多尚不能满足这一性能要求。 2.2液化储氢 将氢气冷却到-253℃时氢气即可液化。液氢储存方式的质量能量密度最大，是一种轻巧紧凑的方式。但氢气液化成本高，能量损失大（氢液化所需能量为液化氢燃烧产热额的30％），且存在蒸发损 失。液氢贮存工艺首先用于宇航中，但需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化， 导致液体贮存箱非常庞大。 2.3吸附储氢 C.CarPetis和W.Peschka是首先提出在低温条件下氢气能够在活性炭中吸附储存的两位学者。他们提出可以考虑将低温吸附刘运用到大型氢气储存中，并研究得到了在温度为-195℃和-208℃，压力为0－4．15MPa时，氢在多种活性炭上的吸附等温线：压力为4．2MPa 时，氢气在活性炭上的吸附容量分别可以达到 6．8wt％和 8．2wt％在果等温膨胀到0．2MPa，则吸附容量为4．2wt％和5．2wt％。 在一个最近的研究中，Hynek在27℃和-83℃条件下测试了一系列吸附剂，如活性炭、碳黑、碳气凝胶 以及碳分子筛等。测试结果为：在0－20MPa压力范围内，随着压力的增大，吸附剂的储氢量只有少 量的增加。 目前吸附储氢材料研究的热点是碳纳米材料。由于碳纳米材料中独特的晶格排列结构，其储氢数量大大的高过了传统的吸附储氢材料。碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板，层

表面吸附与效储氢材料

表面吸附与高效储氢材料 0809401083 匡鹏 一.能源危机与应用氢气的瓶颈 人类的历史某种程度上也是能源的发展历史，过去的五千年里，人类主要能源由草木，秸秆到煤天然气，尤其是近代以来，工业革命的发展与人们生活水平的快速提高使能源的需求快速增长，而据估计地球的化石能源只可以再支持50年的这种消耗速度，而即使没有能源枯竭的危机，人类使用化石能源也会受到极大的制约，因为化石带来的巨大污染近几十年来不断的浮现，更加促使人们寻找替代的能源。 当前几种有前途的能源解决方案——核聚变，裂变（体积太大，且危险过大），风能（不适宜携带，且有间隔性），太阳能（功率不够），都有各种缺陷，而不可以完全取代化石能源。氢能作为一种储量丰富，来源广泛（海水）能量密度高（氢气热值：143kJ／g，为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍）清洁（生成水），取代方便（利用原理与汽油等一样，稍加改进即可用于现在的发动机）的绿色能源受到了广泛的关注。 氢能是一种二次能源，其开发与利用需要解决氢的制取，储存，和利用三个问题，由于氢易燃，易爆且已扩散，这就使得人们实际应用中优先考虑氢储存，运输中的安全，高效和无泄漏损失，因此，氢的规模安全存储是现阶段氢能利用的瓶颈。 二.可以采用的氢气存储方法 根据氢的气体特征，其存储方式可以分为物理法与化学法。目前采用的储氢方式主要有四种：高压储氢，液化储氢，金属氢化物储氢以及吸附储氢。高压储氢的最大优点是操作方便，能耗小。

由以上表可以看到无论传统还是最近的金属氢化物，固态储氢都没有达到可以大规模应用的技术成熟水平。而吸附储氢在储氢密度，能源效率及操作安全性等方面颇具技术优势，其发展前景被看好。 三.表面吸附的原理及其对吸附材料的要求 固体表面的原子，由于周围原子对他的作用力不对称，即表面原子所受的力不饱和，因而有剩余力场，可以吸附气体或液体。制糖时，用活性炭来处理糖液，以吸附其中的杂质，得到洁白的产品，就是利用了活性炭的吸附能力。固体吸附有如下几个特点：1.固体表面分子移动困难，所以只可以靠降低界面张力的方法降低表面能2.固体表面是不均匀的，各个不同位置的吸附热与催化活性差别很大3.固体表面层的组成不同于体相内部。 按照吸附分子与固体表面的作用力的不同可以将吸附分为两类

碳基和有机物储氢材料的研究进展_吕丹

碳基和有机物储氢材料的研究进展 吕　丹1,2,刘太奇1 (1.北京石油化工学院环境材料研究中心,北京102617;2.北京化工大学,北京100029) 摘　要:日益严峻的能源危机和环境污染,使得发展清洁的可再生能源成为各个国家的重要议题。氢能源以其可再生性和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的能源载体。氢的储存是发展氢能技术的难点之一。本文介绍了目前很受关注的两种储氢材料:碳基储氢材料和有机物储氢材料。其中碳基储氢材料主要介绍了活性炭、碳纤维、碳纳米管及碳化物的衍生物;而有机物储氢材料主要介绍了有机液体和金属有机物。同时对碳基及有机物储氢材料的研究进展进行了综述。指出了碳基储氢材料的未来研究方向,提出了金属有机多孔材料的逐步发展,是开发新型多孔材料的一个关键,也是探索新型的金属有机物储氢材料的关键。 关键词:碳基储氢材料;有机物储氢材料;金属有机物 中图分类号:TQ127.12 文献识别码:A 随着环境污染的日趋严重以及石油、煤等能源的逐渐枯竭,世界各国都已开始致力于新能源的研究与开发。氢气是一种高能量密度、清洁且资源丰富的绿色新能源,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,从而有望成为未来世界的主要能源。在利用氢能的过程中,氢气的储存和运输是关键问题。目前所用的储氢材料主要有合金、碳材料、有机化合物以及玻璃微球和某些络合物。本文主要讨论碳基及有机物储氢的储氢功能特点,综述了它们的近期研究进展。 1　碳基储氢材料 1.1　活性炭储氢 Carpetis是最早研究在活性碳中吸附储存氢的学者,他在论文中第一次提到将低温吸附剂运用到大型储氢系统中,指出氢气在活性炭中吸附储存的容积密度和液态氢的容积密度相当。当温度为78 K和65K,压力为4.20×105Pa时,氢气在活性炭上的储氢质量分数分别为6.37%和7.58%[1]。但是普通活性炭储氢,即使在低温下储氢量也达不到质量分数1%,对氢气的储存能力不太明显,只是活性炭便宜且容易制得。周理等用比表面积3000 m2/g,微孔容积1.5mL/g的超级活性炭,在-196℃,3MPa下储氢量达到质量分数5%。但随温度提高,储氢量越来越低[2]。詹亮等用高硫焦制备了一系列的活性炭,研究表明氢在超级活性炭上的储存量,在较低压力下随压力升高而显著增加;在较高压力下,活性炭的比表面积对其影响较为明显。在293K/5MPa,94K/6M Pa下,超级活性炭上的储氢质量分数达1.90%,9.80%[3]。 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6.50%。从已有的应用研究证明,各种分子筛和超级活性炭均达不到DOE的要求[4]。 1.2　碳纤维储氢材料 碳纳米纤维表面具有分子级细孔,内部直径大约10nm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鱼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[5]。 石墨纳米纤维由含碳化合物经所选金属颗粒催化分解产生。Chambe rs等用鲱鱼骨状的纳米炭纤维在12MPa,25℃下竟然得到的储氢质量分数为67%,但至今无人能重复此结果。最近Angela等人报道了进行各种预处理的石墨纳米纤维,在预处理阶段具有显著的储氢水平。最好的预处理能导致在7.04M Pa和室温下储存氢气的质量分数为3.80%[6]。 范月英等用纳米炭纤维于12M Pa,25℃下储存了质量分数13.60%的氢气[7]。毛宗强等用自制的碳纳米纤维在特制的不锈钢高压回路中进行了吸附储氢的验证实验,发现在室温条件下,经适当处理的碳纳米纤维的储氢能力最高可达9.99%[8]。 螺旋形炭纤维是20世纪90年代初日本的Mo-tojima等以镍作催化剂,采用催化热解乙炔方法制备而得并能很好地重复[9]。螺旋炭纤维由于具有不同手性的特殊螺旋结构(手性材料的最大特点是具有电磁场的交叉极化性能),从而使其有可能在储能材料、微电子器件、电磁波吸收剂等诸多领域得到应 14《新技术新工艺》纳米材料、新材料研究进展综述　2006年　第8期

储氢材料概述 (1)

课程论文 储氢材料概述Hydrogen storage material in the paper 作者姓名：关体红 年级专业： 2010 级应用化学 课程名称：化工实用技术 学号： 20105052006 指导教师：许东利 完成日期： 2012-06-15 成绩： 信阳师范学院 Xinyang Normal University

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Keywords (1) 引言 (1) 1 碳基储氢材料 (2) 1.1活性炭储氢 (2) 1.2 碳纤维储氢材料 (3) 1.3 碳纳米管储氢材料 (3) 1.4 碳化物的衍生物作为储氢材料 (4) 2 有机物储氢材料 (4) 3 储氢合金 (5) 3.1 镁系 (5) 3.2 稀土系 (6) 3.3 钛系 (6) 3.4 锆系 (6) 3.5 V基固溶体储氢合金 (6) 4 配位氢化物储氢材料 (7) 结束语 (7) 参考文献 (8)

信阳师范学院化学化工学院学年论文 储氢材料概述 学生姓名：关体红学号：20105052006 化学化工学院2010级应用化学 课程名称化工实用技术 摘要：氢能是21世纪主要的新能源之一。作为一种新型的清洁能源 ,氢的廉价制取、安全高效储存与输送及规模应用是当今研究的重点课题 ,而氢的储存是氢能应用的关键。储氢材料能可逆地大量吸放氢 ,在氢的储存与输送过程中是一种重要载体。本文综述了目前研究最广的四大类储氢材料：碳基储氢材料、有机物储氢材料、储氢合金、配位氢化物储氢材料。 关键词：储氢；碳基；有机液体；储氢合金；配位氢化物 Hydrogen storage material in the paper Abstract：In the 21st century, the hydrogen is one of the major new energy. As a new type of clean energy, the cheap hydrogen production, storage and transportation safety and efficiency and scale of application is the key research subject, and hydrogen storage is the key of hydrogen application. Hydrogen storage material can absorb a large reversibly put hydrogen, in hydrogen storage and transport process is a kind of important carrier. This paper summarized the present study is the most extensive four categories of hydrogen storage material: carbon hydrogen storage material and organic hydrogen storage material, hydrogen storage alloy, coordination hydride hydrogen storage material. Keywords：Hydrogen storage; Carbon; Organic liquid. Hydrogen storage alloy; Coordination hydride 引言 人类进入21世纪，节能环保不再只是一句口号。随着能源紧张与环境污染问题的日益凸显，新能源和清洁能源的开发利用受到人们越来越多的关注。在众多新能源中，氢能被人们寄予了厚望。

储氢材料的发展现状、应用与制备综述

储氢材料的发展现状、应用与制备 摘要：能源危机和开发新能源一直是人类发展进程中相互依赖和相互促进的两个重要因素。为了保护环境，开发新能源，可以利用太阳能、地热、风能及海水等。其中，氢能是人类未来的理想能源，它是一种高能量密度、清洁的能源，是最有吸引力的能源形式之一，具有热值高、资源丰富、干净、无毒、无污染等特性。而氢的贮存和运输一直是个技术难题，由于制造液氢的设备费用很高，液化时又要消耗大量的能量，氢气和空气混合还会有爆炸的危险，因此能否利用氢气作为能源的关键是能否解决氢气的贮存和运输技术。本文简要讲述了储氢材料的发展现状、主要应用与制备技术。 关键词：储氢材料、性质、应用、发展、制备 1引言 当前，人类面临着能源危机，作为主要能源的石油、煤炭和天然气由于长期的过量开采已濒临枯竭。为了开发新能源，人们利用太阳能、地热、风能及海水的温差等，试图将它们转化为二次能源。氢由于其优异的特性受到高度重视，首先氢由储量丰富的水做原料，资源不受限制；第二氢燃烧的生成物是水，环境污染极少，不破坏自然循环；第三，氢由于很高的能量密度；此外，氢可以储存、输送，用途十分广泛。本文主要简述了储氢材料的基本性质、发展现状以及制备工艺。 2储氢材料的基本性质 储氢材料是一种能在晶体的空隙中大量贮存氢原子的合金材料，具有可逆吸放氢的性质。大多数金属合金（M）在一定的温度和压力条件下，与氢生成金属 →MHx+ΔH（生成热）。 氢化物（MHx）：M+XH 2 2.1储氢材料应具备的基本条件 作为储存能量的材料，储氢材料应具备以下条件： （1）易活化，氢的吸储量大； （2）用于储氢时，氢化物的生成热小；用于蓄热时生成热要尽量大； （3）在室温附近时，氢化物的离解压为203-304kPa，具有稳定的合适的平衡分解压； （4）氢的吸储或释放速度快，氢吸收和分解过程中的平衡压（滞后）小； 、水分等的耐中毒能力强； （5）对不纯物如氧、氮、CO、CO 2 （6）当氢反复吸储和释放时，微粉化少，性能不会劣化； （7）金属氢化物的有效热导率大，储氢材料价廉； （8）吸收和释放氢的速度快，氢扩散速度大，可逆性好。 2.2影响储氢材料吸储能力的因素

碳质储氢材料的研究进展

碳质储氢材料的研究进展 摘要 碳质材料由于具备质量轻、吸氢量大等优良特性，近年来引起了学者们的广泛关注。综述了碳质储氢材料的研究进展，介绍了碳质材料的储氢机理，并就近年来研究的热点探讨了影响碳质材料储氢的各种因素。最后，对碳质储氢材料的发展前景进行了展望。 关键词：碳质材料储氢储氢材料进展 Abstract Carbonaceous materials have been arousing increased research attention recently ，due to numerousadvantages such as low density and high storage capacity ．Research advances of carbonaceous materials for hydrogenstorage are reviewed ，and hydrogen storage mechanism of carbonaceous materials is introduced ．Moreover，based onrecent research highlights ，influence factors on hydrogen storage capacity of carbonaceous materials are discusseck E ventually future development of the carbon materials for hydrogen storage is prospected Key wolds ：Carbonaceous materials ,Hydrogen Storage , Hydrogen Storage Materials , Progress 、八、， 前言 能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。随着社会经济的发展，全球能源供应的日趋紧缺，环境污染的日益加剧，已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。面对化石燃料能源枯竭的严重挑战，近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。氢能作为一种可储可输的洁净的可再生能源，从长远上看，它的发展可能对能源结构产生重大改变。洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展，己引起工业界的热切关注。 氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。但是，由于氢在常温常压下为气态，密度很小，仅为空气的1／14，故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。

储氢材料与方式

储氢材料的研究概况与发展方向 随着社会发展、人口增长，人类对能源的需求将越来越大。以煤、石油、天然气等为代表的化石能源是当前的主要能源，但化石能源属不可再生资源，储量有限，而且化石能源的大量使用，还造成了越来越严重的环境污染问题。因此，可持续发展的压力迫使人类去寻找更为清洁的新型能源。氢能作为一种高能量密度、清洁的绿色新能源，氢能的如何有效利用便引起了人们的广泛研究。 目前来看，氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈。氢能工业对储氢的要求总的来说是储氢系统要安全、容量大、成本低、使用方便。美国能源部将储氢系统的目标定为：质量密度为6.5%，体积密度为62kgH2/m3。瞄准该目标，国内外展开了大量的研究。本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术，包括金属氢化物、碳质材料、配位氢化物、水合物，分析了它们的优缺点，同时指出其相关发展趋势。 1金属氢化物 金属氢化物储氢具有安全可靠、储氢能耗低、储存容量高（单位体积储氢密度高）、制备技术和工艺相对成熟等优点。此外，金属氢化物储氢还有将氢气纯化、 压缩的功能。因此，金属氢化物储氢是目前应用最为广泛的储氢材料。 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I A~ 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，女口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。 1.1稀土系储氢合金

储氢材料

课程名称：先进材料综合实验 指导老师： 成绩：_____________ 实验名称： 储氢材料 实验类型： 技术实验 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要实验仪器设备 四、操作方法与实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析 七、讨论、心得 一、实验目的 1.了解储氢材料的基本理论及实验方法； 2.掌握储氢材料的设计、制备技术及吸放氢性能测试方法； 3.增强对材料的成分、结构和储氢性能之间关系的认识。 二、实验原理 储氢材料：名义上是一种能有效储存氢的材料，实际上它必须是能在适当的温度、压力条件下进行可逆吸放氢的材料，其主要应用于染料电池和镍氢电池中。 特点: 1.容易活化，单位质量和体积储氢量大（电化学储氢容量高）； 2.吸放氢速度快，氢扩散速度大，可逆性好； 3.有较平坦和较宽的平衡平台压区，平衡分解压适中。做气态储氢材料应用时，室温附近的分解压应为>0.1MPa ，做电池材料应用时以10-3——10-1MPa 为宜； 4.吸收、分解过程中的平衡氢压差，即滞后要小； 5.氢化物生成焓，作为储氢材料或电池材料时应该小，做蓄热材料时则应该大； 6.寿命长，能保持性能稳定，作为电池材料时能耐碱液腐蚀； 7.有效导热率大、电催化活性高； 8.价格低廉，不污染环境，容易制造。 分类: 目前研究较多的传统材料体系主要有以下几种类型：AB 5型稀土系材料，非AB 5型稀土 系材料，AB 2型Laves 相材料，AB 型钛系材料，Mg 基材料和V 基固溶体型材料；另外，还包括近年来研究非常热门的金属或非金属的配位氢化物储氢材料：如Al 基配位氢化物、B 基配位氢化物和氨基氢化物。 储氢材料的储氢机理： 1. 气-固储氢反应机理 在一定的温度和压力条件下，储氢材料和H 2通过气-固反应生成含氢固溶体和氢化物相。其吸、 放氢反应可表示为： o 222H MH x y H MH x y y x ?+-?+- 式中MH x 为含氢固溶体相（α相），MH y 为氢化物相（β相），?H o 表示氢化物生成焓或氢化反应 热。一般吸放氢反应为可逆反应，吸氢过程是放热反应，?H o <0，而放氢过程则是吸热反应，即?H o >0。 材料科学与工程学系 实验报告

稀土储氢合金及其应用的发展状况

稀土储氢合金及其应用的发展状况 稀土与过度元素的合金是一种在较低温度下也可吸放氢气，通常将这种合金称为储氢合金。在已开发的一系列储氢材料中，稀土系储氢材料性能最佳，应用也最为广泛。其应用领域已扩大到能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个方面。 1969年荷兰菲利浦公司发现典型的稀土储氢合金LaNi5，从而引发了人们对稀土系储氢材料的研究热潮。从上世纪九十年代开始在镍氢二次电池中得到大量应用。石油和煤炭是人类两大主要能源燃料，但由于它们储量有限，使用过程中产生环境污染等问题，因此解决能源短缺和环境污染成为当今研究的重点之一。氢是一种完全无污染的理想能源材料，具有单位质量热量高于汽油两倍以上的高能量密度，可从水中提取。氢能源开发应用的关键在于能否经济地生产和高密度安全制取和贮运氢。稀土储氢合金可以常温低压高密度贮存氢，是一种理想的储氢介质，在未来的氢能时代具有很大的应用潜力。 一、稀土储氢合金在镍氢二次电池中的应用 1. Ni-MH电池的现状与发展方向 镍氢电池于1988年进入实用化阶段，1990年在日本开始规模生产，此后产量成倍增加。2000年日本镍氢电池产量达到7亿只左右，中国的产量不足1亿只。近年由于在手机、笔记本电脑和数码相机等领域受到锂离子电池强有力的竞争和中国同行的崛起，日本镍氢电池产量下降到5亿只左右，中国企业的产量也上升到5亿只左右，90%以上的镍氢电池产自中国和日本。 镍氢电池为了应对锂离子电池的挤压，近年来致力于体积比能量的提高，功率特性和高低温性能的改善。提高材料性能和增加电池内填充密度，镍氢电池体积能量密度从1990年的180W h/L增长到400Wh/L以上，AA电池的容量从1000mAh提升到2300mAh，三洋公司报道已开发出容量达2500mAh的AA型镍氢电池。镍氢电池的能量比的提高使其在通讯和便携家电等领域内仍具有一定的竞争力。 近年来，人们对城市空气质量及地球石油资源危机等问题日趋重视，保护环境，节约能源的呼声日益高涨，促使人们高度重视电动车及其相关技术的发展，美国、法国、中国的上海市等均相继通过立法限制燃油车，大力发展电动车。受国情影响，欧美等发达国家如美国、德国、法国、日本等国家开发的电动车以电动汽车为主，发展中国家尤其是中国内地以及中国的台湾、香港地区，近期的电动车市场主要为电动摩托车和电动自行车。据统计，国内已有200家公司、企业着手小型电动车的开发、生产和应用。十五“863”计划将电动汽车列为重大专项，组织由各大汽车制造集团牵头研发团体致力于电动汽车的开发，其中混合动力汽车要在十五期间实现产业化。 根据美国USABC和日本公司对各种电动车用电池的性能以及发展潜力比较论证，综合考虑电池的可靠性、安全性、电池材料的资源与环境问题以及电池性能的发展趋势，确定镍氢电池是近期和中期电动车用首选动力电池。目前，美国Ovonic公司已与通用公司、日本松下已与丰田公司合作计划实现电动车用Ni-MH 动力电池的产业化。在“863”计划的牵

储氢材料

目录 前言 (2) 1.储氢材料分类 (3) 1.1储氢合金 (3) 1.1.1稀土系储氢合金 (3) 1.1.2镁系储氢合金 (3) 1.1.3钛系储氢合金 (3) 1.2络合物储氢材料 (4) 1.3纳米材料 (4) 1.4玻璃微球储氢 (4) 2.储氢材料的制备方法 (5) 2.2机械合金化法 (5) 2.3氢化燃烧合成法 (5) 2.4化学合成法 (6) 2.5烧结法 (6) 3.储氢材料的应用 (6) 3.1 氢气的“固态化”储存与运输 (6) 3.2氢气的超纯净化 (7) 3.3 氢气的压缩 (7) 3.4 空调制冷与热泵 (7) 3.6 真空技术 (7) 3.7 氢化物-镍电池 (8) 4.结语与展望 (8) 参考文献 (9)

前言 随着石油资源的日渐匮乏和生态环境的不断恶化，氢能被公认为人类未来的理想能源。这是因为：a．氢燃烧释能后的产物是水，是清洁能源；b．氢可通过太阳能、风能等自然能分解水而再生，是可再生能源；c．氢能具有较高的热值，燃烧1 kg氢气可产生1．25×106kJ 的热量，相当于3kg汽油或4.5 kg 焦炭完全燃烧所产生的热量；d．氢资源丰富，氢可以通过分解水制得。另外，在化工与炼油等领域副产大量氢气，尚未充分利用。可以预见，未来世界将从以碳为基础的能源经济形态转变为以氢为基础的能源经济形态(简称“氢经济”)。 氢能的开发和利用涉及氢气的制备、储存、运输和应用4大关键技术。本文讨论氢气的储存技术。[1]其中能量的储存和转换一直是能量有效利用的关键所在。传统的储氢手段主要是用钢瓶来储存氢气，其缺点是效率低，同时需要钢瓶具有耐高压、防泄漏的特性，比较苛刻。储氢材料由于其具有很高的氢气存储密度而受到人类的瞩目因此成为材料科学中研究的重点功能材料之一。储氢材料就作为一种极其重要的功能材料，在二次能源领域内具有不可替代的作用，特别是在燃料电池、可充电电池研究中，具有举足轻重的地位。储氢材料的研究直接关系着电动汽车的应用，也同样对潜艇、航天器等领域有着重要的影响。近几十年来世界各国都投入了巨大的人力、物力、财力对储氢材料进行研究，力图抢占这一基础材料研究的制高点。[2]

储氢材料研究现状和发展前景

储氢材料研究现状和发展前景摘要：氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源, 正引起世界各国的 重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一, 也是 氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材 料, 如镁基储氢材料、碳基储氢材料、纳米储氢材料、稀土储氢材料、氨硼烷基 储氢材料的研究进展、发展前景和方向。 关键词：储氢材料、研究现状、发展前景、研究方向 Research and development prospects of the hydrogen storage materials Abstract: As a new type of green energy with high energy density, hydrogen has at tracted extensive attentionon research and applicat ions al l over the world. Consequently, hydrogen storage materials, which are important carriers in hydrogen storage and transport , are one of the hot research topics nowadays.This article reviews the hydrogen storage materials ，such as magnesium based hydrogen storage materials, carbon-based hydrogen storage materials, nanotechnology, hydrogen storage materials, rare earth hydrogen storage materials, ammonia boron alkyl hydrogen storage materials. we review the development prospects and direction. Keywords: hydrogen storage materials; Research; Prospects for development; Research Orientation 引言 当今世界, 化石燃料储量正在迅速减少, 现存储量不能满足日益增长的需求。目前世界能源的80%来源于化石燃料, 但化石燃料的使用产生了大量有害物质, 对环境造成巨大影响。因此, 加速能源系统向可再生能源转换以适应当前和未来世界能源需求, 是迫切需要解决问题。 氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体, 正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视, 以期在21 世纪中叶进入氢能经济时代。氢能的利用需要解决三个问题:

储氢材料介绍

储氢材料简介 摘要：化石能源的大规模开发利用带来了严重的能源和环境问题，新能源开发是解决能源危机和环境污染问题的一条出路，氢能因其独特优势而倍受青睐。但氢的储存是氢能利用的瓶颈，高效、安全的储氢方式一直是氢能工作者的不懈追求。储氢材料的研究开发有助于消除储氢的技术障碍，从而促使整个氢工业的发展。本文通过介绍氢的储存方式、一些常用的储氢材料，特别是储氢合金，使读者对储氢材料的储氢原理、分类、各自的优缺点以及应用有个初步的了解。 关键词：氢能储氢材料储氢合金 目录 第一章绪论----------------------------------------------------------------------------- 第二章储氢方式----------------------------------------------------------------------- 2.1 气态储存----------------------------------------------------------------------- 2.2液化储存------------------------------------------------------------------------ 2.3固态储存------------------------------------------------------------------------ 第三章储氢材料------------------------------------------------------------------------ 3.1 储氢合金------------------------------------------------------------------------ 3.1.1金属储氢原理---------------------------------------------------------- 3.1.2 储氢合金的要求------------------------------------------------------ 3.1.3储氢合金的分类------------------------------------------------------- 3.1.4储氢合金的应用-------------------------------------------------------- 3.2配位氢化物储氢材料---------------------------------------------------------- 3.3碳质储氢材料------------------------------------------------------------------- 3.3.1活性炭-------------------------------------------------------------------- 3.3.2碳纤维-------------------------------------------------------------------- 3.3.3有机液体氢化物-------------------------------------------------------- 第一章绪论 人类进入21世纪，节能环保不再只是一句口号。随着能源紧张与环境污染问题的日益凸显，新能源和清洁能源的开发利用受到人们越来越多的关注。在众多新能源中，氢能被人们寄予了厚望。