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1、中南大学本科学位论文 摘要摘要新能源技术的提出早已有之，其中太阳能、地热能、风能等早就被人类利用，但是，对这些新能源进行大规模的开发利用的技术还不成熟。氢能作为新能源的一种，也处于这样的尴尬局面之中。阻碍氢能大规模开发利用的关键障碍就是氢气的快速制取和安全储运。以铝为基础制备出氢能的能源和转换材料是解决这一问题的新思路。但是铝由于其性质活泼，在空气中会形成一层致密的氧化膜，使纯铝在水中几乎不发生反应。实现铝水解制氢的关键就是要破坏这层氧化膜。本论文主要采用向Al中添加Ga、In、Sn、Li等活泼金属制备出铝合金这一技术来破坏这层氧化膜，提高Al的反应活性，达到快速制氢的目的。通过对制备出的Al
2、-Ga、Al-Ga-In-Sn、Al-Ga-Li合金在不同成分和温度下的制氢检测实验，我们发现用真空碳管电阻炉制备出的Al-Ga合金，即使在Ga含量高达30%时，最大的产氢效率也只有6%。而Al-Ga-In-Sn合金则能与水剧烈反应，在综合考虑生产能耗、成本和产氢效果等因素下，Al90-Ga7-In2-Sn1合金的制氢效果最令人满意，可以达到100%的制氢量，更是可以在5分钟左右就可以反应结束。 向Al-Ga系材料中添加活性金属可以提高铝水解的活性，是获得较好制氢效果的有效方法。关键词： 氢能，水解制氢，Al-Ga合金、Al-Ga-In-Sn合金、Al-Ga-Li合金中南大学本科学位论文 Ab
3、stractAbstractWhile the new energy technologies have long been proposed, and solar energy, geothermal energy, wind energy and so on have been human used for a long time, these new energy development and utilization of large-scale technology is not mature yet. Hydrogen, one of the new energy, is also
4、 in such embarrassing situation. Fast generation, safe storage and delivery of hydrogen have become the main obstacle, which restrict hydrogen energy development and utilization.A new idea to solve this problem is to prepared a Al-based material as a material for energy reserves and conversion. Alum
5、inum is the material of perfect choice for hydrolysis hydrogen production. However, a layer of inert thin oxide film is easily formed on the aluminum surface because of its lively nature,which prevents water from contacting with AI metal surface.The key of hydrogen generation by splitting water with
6、 AI is to destroy the inert thin oxide film.To destroy this layer of the oxide film, improving the reactivity of Al, and achieve rapid hydrogen production purposes, in the thesis, we prepare an aluminum alloy by adding active metals in Al such as Ga, In, Sn, Li, etc. By the experiment detecting the
7、ability of Al-Ga, Al-Ga-In-Sn, Al-Ga-Li alloy at different component and temperatures, we found that the Al-Ga alloy, prepared by the vacuum carbon tube resistance furnace, is capable of hydrolyzing hydrogen production, but with a little hydrogen production, even when Ga content is 30%.However, Al-G
8、a-In-Sn alloy prepared by the vacuum carbon tube resistance furnace have a water-strongly hydrolyzable hydrogen production. In considering the production of energy, costs, effect and other factors, the Al90-Ga7-In2-Sn1 alloy has the most satisfactory results, the maximum hydrogen yield can reach 100
9、%, and the reaction time only need 5 minutes.Adding to the active metal in the Al-Ga-based material can increase the activity of the hydrolysis of aluminum, which is an effective method to obtain a better effect in hydrogen generation.Key words: hydrogen, hydrolysis of hydrogen production, Al-Ga all
10、oy, Al-Ga-In-Sn alloy, Al-Ga-Li alloy中南大学本科学位论文 目录目录摘要IAbstractII第一章 文献综述11.1 氢能简介11.1.1 氢能的优越性11.1.2 氢能的应用11.2 氢能的制备41.3 氢气的储运方法51.4 铝/水制氢81.4.1 铝在碱液中水解制氢81.4.2 铝在中性溶液中水解制氢91.4.3 铝基合金水解制氢91.5 本研究课题的意义及主要内容11第二章 实验过程132.1 实验原料与设备132.1.1 实验原料132.1.2 实验设备132.2 铝基材料的制备142.2.1 Al-Ga合金的制备142.2.2 Al-Ga-In
11、-Sn合金的制备152.2.3 Al-Ga-Li合金的制备152.3 氢气收集装置162.4 样品的表征172.5 制氢反应数据处理17第三章 铝镓合金样品的制备及结果分析183.1 前言183.2 铝镓合金的制备及产氢性能研究183.2.1 Al-Ga合金的形貌183.2.2 不同成分的Al-Ga合金对制氢的影响203.2.3 不同初始水温对Al-Ga合金制氢的影响213.2.4 本节小结223.3 铝镓铟锡合金的制备及产氢性能研究223.3.1 Al-Ga-In-Sn合金的形貌233.3.2 不同成分的Al-Ga-In-Sn对制氢的影响233.3.3 不同初始水温对Al-Ga-In-Sn合
12、金制氢的影响243.3.4 本节小结253.4 铝镓锂合金的制备及产氢性能研究253.4.1 样品制氢测试263.4.2 本节小结26第四章 结论274.1 实验结论274.2 铝基合金制氢的前景与展望27参考文献28致谢31I中南大学本科学位论文 第一章 文献综述第一章 文献综述1.1 氢能简介氢(HHydrogen)，在元素周期表中位于第一位，它是所已知元素中最轻、最小的。众所周知，氢的单质形态是氢气（H2），它是无色无味，极易燃烧的双原子的气体，氢气是最轻的气体，它的密度只有空气的2/29，即在0和一个大气压下，氢气的密度只有0.0899g/L。氢是宇宙中最常见的元素，构成宇宙物质元素的
13、75%都是氢，氢及其同位素占到了太阳总质量的84%，尽管我们地壳中氢的含量（不包括水）仅占0.14%，可是如果将地球上的水包含进去的话，那么氢所占的含量将会十分惊人1。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，其实人类早在200年前就对氢能产生了极大的兴趣，美国通用汽车公司更是在1970年第一次提出了“氢经济”的概念。自此，世界各国如冰岛、中国、德国、日本和美国等不同的国家在实现氢能商业化的方面开始出现了激烈的角逐。1.1.1 氢能的优越性由于化石燃料的逐渐枯竭和其由燃烧所多带来的环境问题，迫使人类寻找和开发可再生的清洁能源。而作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值。氢是自然界最普遍存在的元
14、素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除了核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工染料和生物燃料中是最高的（氢气燃烧后产生的热量为121.061MJ/kg，约为甲烷的2.4倍，汽油的3倍，酒精的3.9倍。）；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，与其他燃料相比，氢的燃烧（化学燃烧和电化学燃烧）产物只有水，不产生任何有害物质，属于最清洁的燃料。用氢气代替煤和石油，不需要对现在的技术设备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体2。氢能这些优点使其已成为国内外学者研究的热点，21世纪氢能的崛起已无法阻挡。1.1.2 氢能的应用到目前为止，对氢能的综合利用主要体现在 氢气燃烧放热（如液态氢作为火箭燃料）； 用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池； 利用氢的热核反应释放的核能（氢弹）。其应用的领域也越来越广泛。 一、氢能在内燃机中的应用氢作为车用能源有两种主流的转化方式以质子交换方式的车用燃料电池发动机和以现有车用内燃机为基础的燃用氢的车用发动机。氢在内燃机中燃用的方式有双燃料法和纯氢气法。1、双燃料法 双燃料法就是在一种燃料中添加一定量的氢气，目前较为常用的是天然气掺氢燃料，天然气和氢气同为气体，它
