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1、納米儲氫材料的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景摘要：儲氫材料的納米化為新型儲氫材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文詳細介紹了納米儲氫材料性能提高的機理，綜述了納米碳納米管儲氫材料、鎂基納米儲氫材料以及復(fù)合納米儲氫材料的最新研究進展，并對儲氫材料納米化的廣闊前景進行了展望。關(guān)鍵詞：納米儲氫材料，研究現(xiàn)狀，發(fā)展前景1緒論當(dāng)今世界，隨著傳統(tǒng)能源石油、煤炭日漸枯竭，且石油、煤炭燃燒產(chǎn)物二氧化碳和二氧化硫又分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨危害，使人類面臨能源、資源和環(huán)境危機的嚴峻挑戰(zhàn)，尋找新的能源已成為人們的普遍共識。氫作為一種潔凈能源，已受到人們的充分重視。近年來，在鎳氫二次燃料電池等氫能的應(yīng)用方面不斷
2、取得進展。20世紀60年代末，研究者發(fā)現(xiàn)Mg2Ni、LaNi5、FeTi等金屬間化合物具有可逆儲放氫氣的特性，并且儲氫密度大，可與液氫和固氫效果相比擬[2,3]。此后隨著對于金屬氫化物作為能量儲存以及能量轉(zhuǎn)換材料進一步深入地研究，到目前為止，已開發(fā)的貯氫合金主要有AB、AB5、AB2、A2B和鎂基五大類型，儲氫合金主要由可與氫形成穩(wěn)定氫化物的放熱型金屬A(La、Ti、Zr、Mg、V等)和難與氫形成氫化物但具有氫催化活性的金屬B(Ni、Fe、Co、Mn等)按一定比例組成。傳統(tǒng)的AB、AB2和A2B型儲氫合金儲氫量不超過2wt%，這對儲氫合金的某些應(yīng)用領(lǐng)域(如燃料電池)是遠遠不夠的。
3、國際能源協(xié)會(IEA)要求儲氫量至少5wt%，并且放氫溫度低于423K，循環(huán)壽命超過1000次。而傳統(tǒng)鎂基儲氫量高，但有放氫溫度高和吸放氫動力學(xué)慢的缺點。如何獲得容量大，充放氫速度快，放氫溫度低的新型儲氫材料，成為儲氫材料與儲氫技術(shù)研究和開發(fā)中至關(guān)重要的內(nèi)容和亟待解決的問題。2納米化儲氫材料研究進展2.1納米碳管儲氫材料碳納米管是近幾年開發(fā)出來的一種新型優(yōu)良電極材料。碳納米管的獨特性能，可以使它導(dǎo)電也可使它不導(dǎo)電。若導(dǎo)電，其導(dǎo)電性能優(yōu)于銅。它分單壁納米碳管和多壁納米碳管。目前研究人員認為單壁納米碳管具有良好的儲氫性能。它的發(fā)現(xiàn)為納米儲氫材料在燃料電池和鎳金屬氫化物電池上的應(yīng)用研究
4、開辟了一個富有生命力的全新領(lǐng)域?；\統(tǒng)的講，單壁納米材料的制備方法是采用鎳基催化劑在較低的溫度下（450℃）下裂解甲烷而產(chǎn)生的管徑比較平均并且具有中空結(jié)構(gòu)卷曲不規(guī)則的碳納米管，并且經(jīng)過一定濃度的硝酸處理、洗滌、烘干等步驟后便可獲得純凈的碳納米管。納米顆粒大小一般為10～100nm，管徑在10～25nm之間，長度為10nm～1μm.對碳納米管的XRD研究表明它他的結(jié)構(gòu)有序度比石墨差。采用BET法測得的碳納米管比表面積約為200m2/g，較石墨（11.6m2/g）約大十倍。2.2添加納米碳管提高鎂基等儲氫材料的儲氫性能納米碳管具有良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，也具有優(yōu)異的吸氫性能，是一種很好
5、的鎂基儲氫材料添加劑。事實上，有元華軍曾在鎂基儲氫材料中添加石墨碳粉，以改善鎂基儲氫材料的傳質(zhì)和傳熱性能。Chiaki等用球磨制備的MgNi-石墨復(fù)合物的最大放電容量510mAh/g。石墨與MgNi合金的作用發(fā)生在表面層，石墨提供電子給合金表面，電子在Mg、Ni間重新分配，合金表面發(fā)生化學(xué)態(tài)變化，Ni更易從原合金中離析出來并偏析至表面，使表面層的Ni／Mg比增加，導(dǎo)致復(fù)合物的吸氫能力增強。美國研究者開發(fā)的Mg-Ni-Mo系列合金中摻入C或B等非金屬元素，其儲氫量可達5.7%。日本有研究者用Mg和石墨以及其他含碳化合物一起研磨，得到可以在較溫和條件下能大量儲氫的材料。清華大學(xué)的于振
6、興等人用機械合金化方法，以氫氣作為保護氣氛(0.5MPa)，通過添加碳納米管，制備出含有碳納米管的鎂基儲氫材料(Mg-3Ni-2MnO2-0.25CNTs)，其儲氫容量達到7.0%，吸氫過程在100s以內(nèi)完成，在0.1MPa下放氫過程可在600s完成，放氫平臺溫度在280℃。他們還發(fā)現(xiàn)添加碳納米管，鎂基儲氫材料在機械球磨過程中，可以提高其球磨效率，顆粒更加細化均勻。易雙萍等人研究表明含有5%碳納米管的LaNi5稀土合金的電化學(xué)放電容量更高，當(dāng)放電電流為100mA/g時，電化學(xué)儲氫量高達385mAh/g。以上可知，在鎂基等儲氫材料添加納米碳管，可以有效地提高其儲氫材料性能，同時也給
7、研究者們提供了新的研究思路。2.3鎂基納米儲氫材料鎂基儲氫合金由于儲氫量大（是稀土儲氫合金的3倍以上），吸放氫平臺好，質(zhì)量輕，資源豐富，價格低廉等優(yōu)點，被認為是最理想、最有潛力的儲氫材料，無論是作為鎳氫電池的負極材料，還是作為燃料電池的燃料都有極好的開發(fā)價值，倍受各國科技工作者關(guān)注。鎂及鎂基合金是極有應(yīng)用前途的儲氫材料，是未來燃料電池用儲氫合金的首選材料。但由于其在室溫下吸放氫動力學(xué)性能差，表面容易形成氧化膜等缺點，從而限制了鎂基儲氫材料的實用化進程。鎂基儲氫合金主要有A2B型、
