儲(chǔ)氫材料的原理及應(yīng)用

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1、儲(chǔ)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(chǔ)氫的應(yīng)用一、能源現(xiàn)狀化石燃料的發(fā)展史煤：18世紀(jì)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(guó)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(jì)增長(zhǎng)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”、“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(guó)鋪設(shè)第一條天然氣長(zhǎng)輸管道——現(xiàn)代工業(yè)利用的標(biāo)志。化石燃料的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：濃縮能源；易儲(chǔ)存；易運(yùn)輸；缺點(diǎn)：不可再生資源，無(wú)法滿足8%~10%的消耗增

2、長(zhǎng)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(huì)枯竭?？稍偕茉吹?140年才能在全世界廣泛應(yīng)用。國(guó)際能源署(IEA)——石油價(jià)格在2015年超過每桶$100，2035年超過$200。石油儲(chǔ)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(shì)在必行新能源——太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮?、海洋能、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(diǎn)：自然界最普遍的元素;清潔能源;燃燒性能好，易點(diǎn)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(jì)氫能系統(tǒng)化石能源太陽(yáng)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(jī)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(dòng)機(jī)家庭民用能源制氫原料制氫方法儲(chǔ)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(yíng)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(lán)藻的光和作用。儲(chǔ)氫方式——對(duì)儲(chǔ)氫材料要求可逆性好適應(yīng)燃料電池的工作條件儲(chǔ)氫量大USdepartmentofEnergy提出的目標(biāo)2012：6.5wt%，62kg·H2·m-3.2015：9.0wt%，81kg·H2·m-3.儲(chǔ)氫方式(a)高壓儲(chǔ)氫優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，常用。缺點(diǎn)：體積能量密度低；對(duì)容器耐壓性能高；不安全；儲(chǔ)氫方式(b)液態(tài)儲(chǔ)氫優(yōu)點(diǎn)：體積能量密度高；缺點(diǎn)：液化耗能(4~10kw·h/kg)；蒸發(fā)損

5、失；對(duì)儲(chǔ)槽絕熱材料的要求高。儲(chǔ)氫方式(c)金屬氫化物儲(chǔ)氫優(yōu)點(diǎn)：安全性強(qiáng)。缺點(diǎn)：儲(chǔ)氫量低(＜6wt%).儲(chǔ)存介質(zhì)存在狀態(tài)氫相對(duì)密度貯氫量(wt.%)貯氫量(g/ml)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)氫方式(d)復(fù)合氫化物儲(chǔ)氫優(yōu)點(diǎn)

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(diǎn)：放氫溫度高400~700K儲(chǔ)氫方式(e)有機(jī)液體儲(chǔ)氫優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)氫量大；可利用現(xiàn)有設(shè)備；儲(chǔ)運(yùn)簡(jiǎn)單；多次循環(huán)；缺點(diǎn)：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(chǔ)氫方式(f)物理吸附儲(chǔ)氫Ⅰ碳納米管；1997.3單壁碳納米管中的儲(chǔ)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(chǔ)氫——《science》5wt%~20wt%2010.2回顧碳納米管儲(chǔ)氫——《carbon》1998~2010，CNTS儲(chǔ)氫量逐年下降物理吸附達(dá)到的儲(chǔ)氫密度有限，＜1wt%Ⅱ沸石；Ⅲ金屬有機(jī)骨架化合物；Ⅳ玻璃微球；直徑25~500um，球壁厚度1um，15%~42%。三、儲(chǔ)氫的應(yīng)用儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用電池儲(chǔ)氫與輸氫熱應(yīng)用，熱泵，冷凍柜氫能源汽車1、內(nèi)燃機(jī)，氫氣與氧氣燃燒，化學(xué)能→機(jī)械能，受熱機(jī)效率限制，熱能利用率為~25%。2、燃料電池，電能→機(jī)械能，

8、不受熱機(jī)效