1 / 31

储氢材料概述

Seminar I. 储氢材料概述. 报告人： 赵 平 指导教师： 张华民 研究员 Fuel cell R&D center Dalian Institute of Chemical Physics Chinese Academy of Science 2004 年4月. 一、绪言. 氢－二十一世纪 的绿色能源. 1.1能源危机与环境问题. 化石能源的有限性与人类需求的无限性－ 石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭 ！！！ （科技日报，2004年2月25日，第二版）

ivy-bradford
Download Presentation

储氢材料概述

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Seminar I 储氢材料概述 报告人： 赵 平 指导教师： 张华民 研究员 Fuel cell R&D center Dalian Institute of Chemical Physics Chinese Academy of Science 2004年4月

  2. 一、绪言 氢－二十一世纪的绿色能源

  3. 1.1能源危机与环境问题 • 化石能源的有限性与人类需求的无限性－石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！！！（科技日报，2004年2月25日，第二版） • 化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难－温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！！！ • 人类的出路何在？－新能源研究势在必行！！！

  4. 1.2 氢能开发，大势所趋 • 氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽－不存在枯竭问题 • 氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污染，可循环利用 • 氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电 • 氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物

  5. 1.3 实现氢能经济的关键技术 • 廉价而又高效的制氢技术 • 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 • 车用氢气存储系统目标： • IEA: 质量储氢容量>5%; 体积容量>50kg(H2)/m3 • DOE : >6.5%,>62kg(H2)/m3

  6. 二、不同储氢方式的比较 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

  7. 二、不同储氢方式的比较 固态储氢的优势： 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

  8. 2.1 体积比较

  9. 2.2 氢含量比较

  10. 三、储氢材料技术现状 • 3.1 金属氢化物 • 3.2 配位氢化物 • 3.3 纳米材料

  11. Des. Abs. 金属氢化物储氢特点 MHx + ∆H • 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 M + x/2H2

  12. Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites Position for H occupied at HSM

  13. 3.1 金属氢化物储氢 目前研制成功的： • 稀土镧镍系 • 钛铁系 • 镁系 • 钛/锆系

  14. 稀土镧镍系储氢合金 • 典型代表：LaNi5 ,荷兰Philips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 • 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

  15. PCT curves of LaNi5 alloy

  16. 钛铁系 典型代表：TiFe，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 实际使用时需对合金进行表面改性处理

  17. PCT curves of TiFe alloy TiFe(40 ℃)

  18. TiFe alloy Characteristics: • two hydride phases; •  phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) • 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04 • 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95

  19. 镁系 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 • 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

  20. 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 • TiMn1.5H2.5 日本松下（1.8％） • Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4 • 活性好 • 用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic

  21. 3.2配位氢化物储氢 • 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)

  22. 金属配位氢化物的的主要性能 ℃

  23. 3.3碳纳米管（CNTs） 1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs

  24. 纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河 单壁纳米碳管束TEM照片 多壁纳米碳管TEM照片

  25. 纳米碳管吸附储氢： Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR，RT，10MPa)

  26. 纳米碳管电化学储氢 开口多壁MoS2纳米管及其循环伏安分析 循环伏安曲线

  27. 纳米碳管电化学储氢

  28. 多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的70％多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的70％ 单壁纳米碳管循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的80％

  29. 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充放电后，其仍保持最大容量的80％。 碳纳米管电化学储氢小结

  30. 纳米材料储氢存在的问题： • 世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt ） %-67 （wt ） %,如何准确测定？ • 储氢机理如何

  31. 四、结束语－氢能离我们还有多远？ • 氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国家高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究 • 氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进 • 氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存 • 液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－安全性和成本 • 大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究, • 碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个问号 氢能之路－前途光明，道路曲折！

More Related