湘潭大學(xué)功能材料第3章 貯氫合金ppt課件.ppt

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1、1、能源危機(jī)與環(huán)境問題化石能源的有限性與人類需求的無限性－石油、煤炭等主要能源將在未來數(shù)十年至數(shù)百年內(nèi)枯竭?。。。萍既?qǐng)?bào)，2004年2月25日，第二版）化石能源的使用正在給地球造成巨大的生態(tài)災(zāi)難－溫室效應(yīng)、酸雨等嚴(yán)重威脅地球動(dòng)植物的生存?。?！人類的出路何在？－新能源研究勢(shì)在必行??！一、緒言第3章　儲(chǔ)氫材料2021/10/91湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院2、氫能的特點(diǎn)氫是自然界中最普遍的元素，資源無窮無盡－不存在枯竭問題氫的燃燒值高，燃燒產(chǎn)物是水－零排放，無污染，可循環(huán)利用氫的燃燒能以高效和可控的方式進(jìn)行氫能的利用途徑多－燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多－氣體、液體、固體或化合物

2、2021/10/92湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院4、氫的儲(chǔ)存方法氣態(tài)儲(chǔ)氫：能量密度低不太安全液化儲(chǔ)氫：能耗高對(duì)儲(chǔ)罐絕熱性能要求高固態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)：（金屬或合金儲(chǔ)氫）體積儲(chǔ)氫容量高無需高壓及隔熱容器安全性好，無爆炸危險(xiǎn)可得到高純氫，提高氫的附加值2021/10/93湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院幾種貯氫方法比較psi是壓力單位，定義為英鎊/平方英寸(Poundspersquareinch),145psi=1MPa2021/10/94湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院2021/10/9湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院5大規(guī)模用氫都是液態(tài)貯存，雖然液態(tài)氫比氣態(tài)氫的密度大許多倍，所占的空間大大減少，但在技術(shù)上

3、，常壓下氫必須降溫到攝氏零下253℃才會(huì)變成液體，故液氫貯存箱要很厚的保護(hù)層隔熱，防止液氫沸騰汽化。在一定溫度和氫氣壓力下，能多次吸收、貯存和釋放氫氣的貯氫材料是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的貯氫功能材料—貯氫合金，使氫的貯存問題得到了令人滿意的解決。這種合金像海綿吸水一樣，大量吸氫。亦稱為氫海綿。這類合金中的一個(gè)金屬原子能和兩、三個(gè)甚至更多的氫原子結(jié)合，生成穩(wěn)定的金屬氫化物，同時(shí)放出熱量；將其稍稍加熱，氫化物發(fā)生分解，吸收熱量后，又可將吸收的氫氣釋放出來。2021/10/9湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院6相當(dāng)鋼瓶1/3重量的貯氫合金，可吸盡鋼瓶?jī)?nèi)全部氫，而體積僅為鋼瓶的1/10。有的貯

4、氫合金的貯氫量比液態(tài)氫還大。貯氫合金一般在常溫和常壓下，比普通金屬的吸氫量要高1000倍，一種鎂鎳合金制成的氫燃料箱，自重l00kg，所吸收的氫氣熱能相當(dāng)于40kg的汽油，一種鑭鎳合金吸氫的密度甚至達(dá)到了液氫的密度。表1顯示了幾種貯氫合金的貯氫能力。表1幾種貯氫合金的貯氫能力(單位：(1022/cm3))種類20K液氫LiHTiH2ZrH2YH2UH2FeTiH1.7LaNi5H6.7氫原子個(gè)數(shù)4.25.39.27.35.78.26.06.12021/10/9湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院7除惰性氣體外，所有元素都能與氫化合生成氫化物或氫化合物。元素周期表中所有金屬元素的氫化物在20

5、世紀(jì)60年代以前就已被探明。生成的氫化物類型決定于它的電負(fù)性，并按周期表的類序有規(guī)律的變化。元素的電負(fù)性是一個(gè)常數(shù)，表示該元素構(gòu)成分子時(shí)，其原子在分子范圍內(nèi)把電子吸向自身的能力大小。氫的電負(fù)性為2.1，在氫化物中的元素的電負(fù)性大于氫時(shí)，氫將失去電子變H+；反之，在電負(fù)性小于氫的氫化物中，氫獲得電子變?yōu)樨?fù)氫離子H-。按氫化物的性質(zhì)可分成四類。二、金屬氫化物2021/10/9湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院8離子型金屬型氫化物邊界型共價(jià)型氫化物ⅠAⅡAⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡBⅢAⅣAⅤAⅥAⅦALiBeBCNOFNaMgAlSiPSClKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGa

6、GeAsSeBrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeICsBaLa*HfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoArFrRaAc*La*CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTuYbLuAc*ThPaUNpRuAm2021/10/9湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院91)離子型(鹽類)氫化物ⅠA堿金屬和ⅡA堿金屬(除鈹和鎂)電負(fù)性極低，氫化后把電子轉(zhuǎn)移給氫原子，氫成為負(fù)離子H-，組成離子鍵型氫化物。物理性質(zhì)與鹵化物相似，類似于鹽類，故亦稱鹽型氫化物。通式為MH和MH2，如LiH、NaH、KH、RbH、CsH、CaH2、BaH2等。形成氫化物時(shí)，放出熱

7、量，有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，具導(dǎo)電性。其化學(xué)性質(zhì)活潑，與水發(fā)生劇烈作用并放出氫：離子型金屬型氫化物邊界型共價(jià)型氫化物ⅠAⅡAⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡBⅢAⅣAⅤAⅥAⅦALiBeBCNOFNaMgAlSiPSClKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeICsBaLa*HfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoArFrRaAc*La*CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTuYbLu