儲氫材料的原理及應(yīng)用

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1、儲氫材料的原理及應(yīng)用蔣瑩2011.8.1內(nèi)容一、能源現(xiàn)狀二、氫能系統(tǒng)三、儲氫的應(yīng)用一、能源現(xiàn)狀化石燃料的發(fā)展史煤：18世紀末，工業(yè)革命開始，煤被廣泛地用作工業(yè)燃料。石油：1859年美國賓夕法尼亞用鉆井方法打出世界第一口油井。石油取代煤炭成為世界主要能源，被稱為“黑金”、“工業(yè)的血液”、經(jīng)濟增長的“發(fā)動機”、“發(fā)光的水”、“魔鬼的汗珠”。天然氣：~2000年前，“火井沉熒于幽泉，高煙飛煽于天垂。”(晉代)；1925，美國鋪設(shè)第一條天然氣長輸管道——現(xiàn)代工業(yè)利用的標志?；剂系膬?yōu)點與缺點優(yōu)點：濃縮能源；易儲存；易運輸；缺點：不可再生資源，無法滿足8%~10%的消耗增

2、長率；破壞環(huán)境(溫室效應(yīng)，空氣污染，酸雨，水污染等)；軍事沖突；石油——不可再生資源~80%能量來源為化石燃料《環(huán)境科學(xué)技術(shù)期刊》——化石燃料可能在2050年就會枯竭?？稍偕茉吹?140年才能在全世界廣泛應(yīng)用。國際能源署(IEA)——石油價格在2015年超過每桶$100，2035年超過$200。石油儲量分布不均~60%＜5%世界能源消耗不均1990-2020(QuadrillionBtu)×3.6×1.4小結(jié)節(jié)能技術(shù)迫在眉睫發(fā)展新能源勢在必行新能源——太陽能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物能、氫能等二、氫能系統(tǒng)氫能氫能——在以氫及其同位素為主導(dǎo)的反應(yīng)中或在狀態(tài)

3、變化過程中所釋放的能量(熱核反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、物態(tài)變化)。優(yōu)點：自然界最普遍的元素;清潔能源;燃燒性能好，易點燃;發(fā)熱值高(142MJ/kg);導(dǎo)熱性好;用途廣泛;氫能系統(tǒng)能源系統(tǒng)的發(fā)展過程燃料、電能氫能、電能天然能源、核能21世紀氫能系統(tǒng)化石能源太陽能風(fēng)能海洋能地?zé)崮茉幽苊菏吞烊粴馑镔|(zhì)副產(chǎn)氫蒸汽轉(zhuǎn)化法微生物法汽化熱化學(xué)循環(huán)電解法煤氣化法部分氧化法氫加壓精制壓縮碳材氫化物冷凍有機液玻璃微球管道船舶車輛氫化物箱貯槽化學(xué)工業(yè)航空航天電子工業(yè)冶金工業(yè)燃料電池發(fā)動機家庭民用能源制氫原料制氫方法儲氫系統(tǒng)輸送系統(tǒng)氫的利用制氫技術(shù)化石燃料制氫(~90%)O2CnHm+CO

4、+H2H2OCO+H2OCO2+H2水制氫電解水制氫：H2OH2+1/2O2生物質(zhì)制氫化能營養(yǎng)微生物：厭氧菌發(fā)酵(碳水化合物、蛋白質(zhì))放氫。光合微生物：小球藻、固氮藍藻的光和作用。儲氫方式——對儲氫材料要求可逆性好適應(yīng)燃料電池的工作條件儲氫量大USdepartmentofEnergy提出的目標2012：6.5wt%，62kg·H2·m-3.2015：9.0wt%，81kg·H2·m-3.儲氫方式(a)高壓儲氫優(yōu)點：簡單，常用。缺點：體積能量密度低；對容器耐壓性能高；不安全；儲氫方式(b)液態(tài)儲氫優(yōu)點：體積能量密度高；缺點：液化耗能(4~10kw·h/kg)；蒸發(fā)損

5、失；對儲槽絕熱材料的要求高。儲氫方式(c)金屬氫化物儲氫優(yōu)點：安全性強。缺點：儲氫量低(＜6wt%).儲存介質(zhì)存在狀態(tài)氫相對密度貯氫量(wt.%)貯氫量(g/ml)標準態(tài)H2氣態(tài)(1atm)11000.00008高壓H2氣態(tài)(150atm)150100(0.80*a)0.012液態(tài)H2液態(tài)778100(~5.0*b)0.062MgH2固態(tài)12227.600.098LaNi5H6固態(tài)11481.370.092TiFeH1.95固態(tài)10561.850.084Mg2NiH4固態(tài)10373.600.083VH2固態(tài)19443.810.156儲氫方式(d)復(fù)合氫化物儲氫優(yōu)點

6、：(AlH4-)、(NH2-)、(BH4-)含氫量高很有潛力。NaAlH4－7.47wt.%LiAlH4－10.62wt.%KBH4－7.47wt.%NaBH4－11.66wt.%LiBH4－18.51wt.%NH3BH3－12.9wt.%缺點：放氫溫度高400~700K儲氫方式(e)有機液體儲氫優(yōu)點：儲氫量大；可利用現(xiàn)有設(shè)備；儲運簡單；多次循環(huán)；缺點：脫氫溫度高；脫氫催化劑不穩(wěn)定，易孔結(jié)；C6H6?C6H127.2wt.%苯環(huán)己烷C7H8?C7H146.2wt.%H2甲苯甲基環(huán)己烷儲氫方式(f)物理吸附儲氫Ⅰ碳納米管；1997.3單壁碳納米管中的儲氫——《nat

7、ure》1999.7堿摻雜的碳納米管在常壓常溫下的高吸氫量——《science》1999.11室溫下在單壁碳納米管上的儲氫——《science》5wt%~20wt%2010.2回顧碳納米管儲氫——《carbon》1998~2010，CNTS儲氫量逐年下降物理吸附達到的儲氫密度有限，＜1wt%Ⅱ沸石；Ⅲ金屬有機骨架化合物；Ⅳ玻璃微球；直徑25~500um，球壁厚度1um，15%~42%。三、儲氫的應(yīng)用儲氫材料的應(yīng)用電池儲氫與輸氫熱應(yīng)用，熱泵，冷凍柜氫能源汽車1、內(nèi)燃機，氫氣與氧氣燃燒，化學(xué)能→機械能，受熱機效率限制，熱能利用率為~25%。2、燃料電池，電能→機械能，

8、不受熱機效