国家首批示范性高职院最新1

《国家首批示范性高职院最新1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国家首批示范性高职院最新1（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、国家首批示范性高职院校 氢氢 气气 的的 固固 态态 储储 存存 技技 术术作者： 学校：芜湖职业技术学院 专业：工业分析与检验 年级：08 工检 日期：2010-10-14化学与生活学科论文2内容摘要氢能源是 21 世纪的新型绿色能源，随着人类能源有限的约束，能源问题一 直以来是人类不可忽略的头等大事。而对于新型能源氢的研究我们才迈入一小 步。因此氢的制备以及储存始终是科学界研究的课题，对于氢的储存技术更受 到密切关注。传统的氢的储存主要有气态、液态方式，而随着科学技术的不断 发展，目前氢的固态储存方法有了突破。与其他储存方式相比，固态储存的氢 具有许多优势如体积储氢容量高、无需高压及隔热容

2、器、安全性好,无爆炸危险， 可得到高纯氢、提高氢的附加值等特点。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。 目前研制成功的 ：稀土镧镍系、钛铁系、镁系、钛/锆系、稀土镧镍系储 氢合金、碳系列储氢材料等。 关键词 氢的储存 气态 固态 液态 金属氢化物 镧鎳系 纳米材料目录 1.氢的储存方式及比较-3 2.氢的固态储存概念-3 3.氢的固态储存材料现状-33.1 金属氢化物-33.2 配位氢化物-53.3 碳系列储氢材料-5 4.注释-6 5.结束语-6 6.参考文献-731. 氢的储存方式及比较 氢气储存方法 物态贮存方式或方 法 备 注压缩气体 常使用钢瓶(我国

3、外涂绿漆，其它国家一般外涂白漆)，一般容积为 10L，压力为 15.2MPa。适用于少量运输和短期贮存常压水封贮气 较安全气态地下贮氢 费用较高，氢易损失低温液化必须高度绝热 液态以中间液体形 式贮存用氨、甲醇、可逆中间液体作为贮氢液体 固体非氢化物 形式沸石需很高压力；低温吸附剂贮氢容量大，材料价格低，但低温技 术工程费用高固态固态氢化物形 式金属氢化物一安全性好、结构简单、贮氢容量大、可循环使用气态储氢: 能量密度低，不太安全。 液化储氢: 能耗高，对储罐绝热性能要求 高。2. 氢的固态储存概念将氢气以固态金属合金氢化物的形式或者以配位氢化物，其他纳米材料为 载体等方式储存起来的技术。以金

4、属合金氢化物为例加以说明。氢气遇到某些 金属合金时就像水遇到海绵一样，氢分子会钻入金属合金的晶格里形成金属氢 化物，从而使氢气固体化；当外界条件发生变化时，所生成的金属氢化物就分 解放出氢气。例如 1 千克的镧鎳合金其体积只有 115 毫升，但可储存 15 克的氢 气。有人把这种金属合金叫做“氢海绵”。可以说稀土合金是最有发展前景的 一种合金。此外，配位氢化物的研究也有一定的前景。3. 氢的固态储存材料现状3.1 金属氢化物金属储氢材料通常由一种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素和另一种吸 氢量小或根本不吸氢的元素共同组成。主要有稀土镧镍系、钛铁系、镁系、钛 /锆系 稀土镧镍系储氢合金典型代表:

5、LaNi5 ,荷兰 Philips（飞利浦）实验室首先 研制。特点:活化容易平衡压力适中且平坦,吸放氢平衡压差小4抗杂质气体中毒性能好适合室温操作经元素部分取代后的 MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm 混合稀土,主要成分 La,Ce,Pr,Nd)广泛用于镍/氢电池。铁/钛铁系Fe3O4与 Fe 的可逆氧化还原是储氢和放氢的反应模板。氢以金属铁的形式 储起来，然后与 H2O 反应释放，具体过程如方程式所示 Fe3O4 + 4H2 3 Fe + 4H2O （1） 3 Fe + 4H2O Fe3O4 + H2 （2）通常的四氧化三铁粉末由于较低的表面积，在低于 400oC 时不

6、能有效地H2或 H2O 发生氧化还原反应。 Wang 等人研究了钢铁公司的含铁烟气尘 FeOx，实验证明改进的 FeOx 通过氧化还原反应可以化学储氢并能直接为 PEFC 提供纯氢。FeOx 的改进是通过浸渍法将 Cr，Al， Zn， Mo，Mo-Al，Mo-Ti， Mo-Zn， Mo-Cr，Mo-Ni，Mo-Cu 等离子作为添加剂加入，在提 H2的产生速率 和氧化还原循环稳定性方面，Mo 是最有效的元素，它以 2FeO.MoO2合成物的 形式存在。典型代表:TiFe,由美 Brookhaven 国家实验室首先发明价格低、室温下可逆储放氢、易被氧化、活化困难、抗杂质气体中毒能力差。实际使用时需

7、对合金进行表面改性处理。2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 2.13TiFeH1.04 （3）2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 2.20TiFeH1.95 （4）镁系镁系合金有很高的储氢密度，但放氢温度高，吸放氢速度慢，因此研究 镁系合金在储氢过程中的关键问题，可能是解决氢能规模储运的重要途径。 因此对金属 Mg 表面催化改性引起了研究者的兴趣。近年来，有人利用射频 喷溅方法制备了 Pd 包覆的纳米结构的多层 Mg 薄膜，并对储氢性质进行了研 究。结果显示，在 100oC, 0.1MPa 氢气压力条件下，氢的吸附量约为 5wt% ，薄膜在 100oC 真空的条件下释放出全部的

8、氢。2006 年，Au 报道了四氢呋 喃处理的镁的氢化-脱氢性质，并且考察了样品的电力能态、晶格结构和微观 形貌。研究表明四氢呋喃处理的镁在 100oC, 3.5M Pa 条件下吸附了 6.3w t%的 氢，同时四氢吠喃的处理改善了镁吸附-脱附氢的动力学，在 623 K 具有较理 想的反应速率。典型代表:Mg2Ni,美 Brookhaven 国家实验室首先报道；储氢容量高资源丰富价格低廉5放氢温度高(250-300 )放氢动力学性能较差改进方法:机械合金化-加 TiFe 和 CaCu5球磨,或复合.。钛/锆系具有 Laves 相结构的金属间化合物原子间隙由四面体构成,间隙多,有利于氢原子的吸附

9、TiMn1.5H2.5 （日本松下）,Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4,活性好,用于:氢汽车储氢,电池 负极。3.2 配位氢化物碱金属(Li,Na,K)或碱土金属(Mg,Ca)与第三主族元素(B,Al)形成。储氢容量高、再氢化难(LiAlH4在 TiCl3, TiCl4等催化下 180 ,8MPa 氢压下 获得 5%的可逆储放氢容量)。LiBH4由于具有非常高的储氢量，成为储氢体系 最有吸引力的候选材料，理论上通过反应可以脱附 13. 5 wt%的氢。由于 LiBH4脱附氢的焓变约为-70 kJ/mol，实际应用过于稳定。不能有效、 可逆吸附-脱附氢。因此，改变 LiBH4的

10、热力学稳定性，降低脱氢温度（低于 100 0C)成为目前研究的焦点。2006 年，有报道用 LiBH4 +0.2MgCl2+0. 1TiCl3材 料作为稳定剂来降低脱氢温度，改善吸附-脱附的可逆性很有效，在 60oC 脱附 5 w t%的氢。目前在 60oC 和 70 bar 条件下可以吸附 4.5 w t的氢 。四方晶体结构的 NaAlH4，是另一种有前途的储氢材料。NaAlH4的储氢量 约为 5 . 6 w t% , NaAlH4的脱氢过程是根据下面的化学反应(5)、 (6)进行的：3NaAlH4 NaAlH6 + 2Al + 3H2 （5）Na3AlH6 3NaH + Al + 3/2H

11、2 （6）3.3 碳系列储氢材料目前对碳系列储氢材料的研究主要是集中在石墨、活性碳、纳米碳管和纳 米碳纤维等方面，纳米碳管和纳米碳纤维之所以成为一种热门的储氢材料，一 是它们的储氢量大，一般也达到 10wt%，有的甚至达到 60wt%以上。但此前曾 有科学工作者对此进行检验，却以失败告终，然其储氢量比储氢合金高却是不 争的事实。碳纳米管(CNTs)碳纳米管由于其管道结构及多壁碳管之间的类石墨层空隙，成为最有潜力 的储氢材料，并是当前研究的热点。碳纳米管储氢的优越性将使碳纳米管燃料 电池成为最具发展潜力的新型汽车动力源。科学们证实的共同点是：吸附量 与表面积成正比关系吸附的区域大致在管内和管外，

12、或阵列的间隙处 碳纳米管的直径对吸附量有影响 表面活化或掺杂对吸附量起着重要甚至于 决定性作用。1991 年日本 NEC 公司 Iijima 教授发现 CNTs 纳米碳管储氢-美学6者 Dillon（犹龙）1997 首开先河：单壁纳米碳管束 TEM 照片、多壁纳米碳管 TEM 照片。纳米碳管吸附储氢纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为 1157mAh/g,相 当于 4.1%重量储氢容量.经过 100 充放电后,其仍保持最大容量的 70%;单壁纳米 碳管最大放电容量为 503mAh/g,相当于 1.84%重量储氢容量.经过 100 次充放电 后,其仍保持最大容量的 80%。近年来，纳米碳在储氢方

13、面已表现出优异的性能，清华大学碳纳米材料研 究小组发现一种经处理后表现出显著储氢性能的碳纳米管，它有望作为新的清 洁能源成为氢能电池的制造材料。该研究小组的科技人员对定向碳纳米管的电 化学储氢特性进行了系统研究，发现这种碳纳米管具有许多全新的力学、电学、 热学和光学性能，尤其是将它混以铜粉后表现出的很高的储氢性能。他们将碳 纳米管制成电极，进行随流充放电电化学实验，结果表明，混铜粉定向多壁碳 纳米管电极的储氢量是石墨电极的 10 倍，是非定向电极的 13 倍，比电容量高 达 1,625mAh/s，对应储氢量为 5.7%(质量分数)，具有优异的电化学储氢性能。 已经接近美国能源部对车用储氢技术制

14、定的标准对储氢材料的重量和储氢密度 的要求。 4. 注释 Ce：铈，相对原子质量： 140.12。Pr 镨 稀土金属 原子序数 59 原子量 140.90. 用于玻璃染色，陶瓷上釉，和钕一起制造透镜等。Nd： 钕 144.2 常 见化合价： +3。银白色的稀土金属，在空气中很容易被氧化。Brookhaven 美 国布鲁克哈文。Zr ：锆 相对原子质量：91.22， 常见化合价：+2,+3,+4 。氢 化物：ZrH4 氧化物：ZrO2 。Laves 相 Laves 相晶体结构的典型代表是 MgCu2（立方）型、MgZn2（六方）型和 MgNi2（六方）型等 3 种结构。最多的 是 MgCu2 型结构，其次为 MgZn2 型结构，极少数的为 MgNi2型结构。NEC（日本 电气株式会社）创立于 1899 年 7 月 17 日 是世界上唯一同时在 IT、电子元件、 通讯领域位列前五位的制造厂商。TEM 透射电子显微镜，简称：透射电镜，用 透射电镜研究材料微观结构时，试样必须是透射电镜电子束可以穿透的纳米厚 度的薄膜。PEFC（中木环投）在 1999 年 6 月 30 日成立于巴黎，由 11 个官方组 成的国家 PEFC 管理机构的代表组成，并获得了代表欧洲地区