碳基材料儲(chǔ)氫原理及其應(yīng)用畢業(yè)論文.docx

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1、湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)碳基材料儲(chǔ)氫原理及其應(yīng)用畢業(yè)論文目錄第1章緒論11.1能源短缺問(wèn)題11.2氫的儲(chǔ)存問(wèn)題2第2章常見(jiàn)幾種的碳基儲(chǔ)氫材料基本性質(zhì)和應(yīng)用42.1常見(jiàn)的儲(chǔ)氫材料的分類(lèi)42.2儲(chǔ)氫材料簡(jiǎn)述42.2.1活性?xún)?chǔ)氫材料42.2.2碳纖維儲(chǔ)氫材料42.2.3碳納米管材料52.2.4石墨烯6第3章碳基儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫原理及其儲(chǔ)氫分析83.1活性炭的儲(chǔ)氫83.1.1活性炭的儲(chǔ)氫原理83.1.2活性炭?jī)?chǔ)氫性能的分析83.2碳納米纖維的儲(chǔ)氫93.2.1碳納米纖維的儲(chǔ)氫原理93.2.2碳納米纖

2、維儲(chǔ)氫性能的分析93.3碳納米管儲(chǔ)氫103.3.1碳納米管的儲(chǔ)氫原理103.3.2碳納米管儲(chǔ)氫性能的分析113.4石墨烯儲(chǔ)氫113.4.1石墨烯的儲(chǔ)氫原理113.4.2石墨烯儲(chǔ)氫性能的分析12第4章碳基材料儲(chǔ)氫應(yīng)用14結(jié)論16參考文獻(xiàn)17III湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)致謝19III第1章緒論工業(yè)革命的初期，燃料主要是煤炭，隨著工業(yè)發(fā)展，世界又經(jīng)歷了2次石油危機(jī)。這也促使得世界的能源關(guān)系變得異常的緊張。氫能的出現(xiàn)對(duì)能源問(wèn)題的解決起到了一定的作用，一方面氫能是全世界公認(rèn)的清潔能源。不久前，我

3、國(guó)和日本，美國(guó)和一些西歐國(guó)家共同制定了氫能的發(fā)展規(guī)劃，而且我國(guó)在此領(lǐng)域取得了許多實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，有望成為氫能技術(shù)被廣泛推廣和引入實(shí)際應(yīng)用的國(guó)家。另一方面我國(guó)現(xiàn)在所使用的傳統(tǒng)能源：例如石油，天然氣，煤等化石燃料都是屬于不可再生的能源，而隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)能源的需要越來(lái)越大了，這兩者之間的矛盾導(dǎo)致了我們迫切需要找到一種可以再生的而且儲(chǔ)氫十分豐富的新能源，氫就是在此時(shí)登上了能源歷史的舞臺(tái)。在氫的開(kāi)發(fā)和利用中，其中儲(chǔ)氫無(wú)疑是一個(gè)難點(diǎn)，由于氫氣本身是可燃?xì)怏w運(yùn)輸本身就一定壓力而且它的化學(xué)性質(zhì)十分的活躍，

4、非常容易和空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以?xún)?chǔ)氫成了重中之重。碳基儲(chǔ)氫材料作為一個(gè)新型的儲(chǔ)氫材料不僅本身重量很輕，還具有高的比表面積，十分有利于儲(chǔ)氫。所以很快的成為了現(xiàn)在世界上最好的儲(chǔ)氫材料之一。1.1能源短缺問(wèn)題能源，它不僅關(guān)系到人民的日常生活，還可以影響國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。能源的發(fā)明和使用，為人類(lèi)的進(jìn)化做出了非常重要的貢獻(xiàn)，伴隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高，人們所需的能源總量也在飛速增長(zhǎng)，更加有效合理的使用能源和開(kāi)發(fā)新的替代能源，成為了21世紀(jì)能源的新主題。人類(lèi)目前所利用的主要能源是化石燃料，終有耗盡的一天。隨著社會(huì)

5、發(fā)展，我們對(duì)能源的需求越來(lái)越多了，能源問(wèn)題就成為了關(guān)系人類(lèi)生存發(fā)展的重要問(wèn)題。而氫能的出現(xiàn)對(duì)能源問(wèn)題的解決起到了一定的作用。氫作為元素周期表的榜首、它的原子序數(shù)為1，在所有氣體中，氫氣是重量最輕的氣體，在常溫下是氣體，在超低溫下可以變成液體。密度是空氣的1/14，是大多數(shù)氣體導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)十倍，被譽(yù)為氣體導(dǎo)熱性之王。他是除了核以外所有化石燃料中，化工燃料和生物燃料發(fā)熱值最高的、高達(dá)142,351kJkg[1]，大約是同樣質(zhì)量汽油放出熱量的3倍，同樣質(zhì)量焦炭的4.5倍。他的利用形式是非常多樣化的，不

6、僅可以通過(guò)燃燒直接產(chǎn)生熱能，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中可以產(chǎn)生機(jī)械功。直接燃燒除了生成水和少量的氮化氫不會(huì)產(chǎn)生其他空氣污染氣體，在大型電站中，無(wú)論是哪種發(fā)電方式都要把得到的電，先發(fā)送到電網(wǎng)，接著由電網(wǎng)再統(tǒng)一分配給個(gè)體居民。但是電網(wǎng)有時(shí)是高峰，有時(shí)低谷，為了防止出現(xiàn)大的波動(dòng)，電網(wǎng)中要設(shè)17置一些開(kāi)關(guān)迅速和反應(yīng)較快的發(fā)電站，氫能發(fā)電可以比較好的適合這個(gè)位置。它不需要十分復(fù)雜的蒸汽系統(tǒng)只需要火箭型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)配以發(fā)電機(jī)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以達(dá)到啟動(dòng)迅速，想開(kāi)就開(kāi)，想關(guān)就關(guān)的，還可以用多余電來(lái)進(jìn)行電解水，以作備用，也可用于制

7、作燃料電池，它的原理就是氫和氧直接發(fā)生電化學(xué)而產(chǎn)生電能，它還具有污染少，污染少，噪聲小，裝置可大可小，非常靈活等優(yōu)點(diǎn)，主要有酸式鹽類(lèi)和氧化物類(lèi)，酸式鹽主要有碳酸類(lèi)和磷酸類(lèi)，氧化物類(lèi)則主要是以鈣鎂氧化物為主的。它還有可以用于作為固氮的結(jié)構(gòu)材料[2]。1.2氫的儲(chǔ)存問(wèn)題氫能的開(kāi)發(fā)利用中其中是以氫氣的存儲(chǔ)最為關(guān)鍵，所要求的技術(shù)含量最高。在室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)下1kg的氫氣的體積大約是1kg水的12倍，因?yàn)闅錃庠诔叵拢芏群苄?，且化學(xué)性質(zhì)活躍。儲(chǔ)氫的問(wèn)題就要求我們完美避免氫氣本身問(wèn)題，能夠在安全的前提下

8、，盡量的去把氫氣壓縮到最小值。壓縮比越大，對(duì)于它的運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題也可以得到解決，且儲(chǔ)氫的設(shè)備增加的重量不可以超過(guò)車(chē)輛自重。為此，各國(guó)的學(xué)者和科學(xué)家通過(guò)無(wú)數(shù)的方法和手段，至今還是沒(méi)有找到符合這個(gè)要求的，都無(wú)法在實(shí)際中滿(mǎn)足燃料儲(chǔ)存對(duì)汽車(chē)的要求。直接壓縮法所面臨的難題，一是實(shí)際壓縮下能量密度太低了，二是在實(shí)際生產(chǎn)中受到了壓縮技術(shù)和成本的很大限制。直接壓縮不僅要考慮其經(jīng)濟(jì)性，還盡量要做到單位體積多壓縮氫氣。還要注重其安全性，隨著儲(chǔ)氫量的不斷增加，要求儲(chǔ)存鋼瓶的厚度也要變厚。對(duì)于如此高壓力的鋼瓶的安全運(yùn)輸?shù)葐?wèn)