第三章 儲氫材料課件

1、12系統(tǒng)是作為一種系統(tǒng)是作為一種儲量豐富、無儲量豐富、無公害的能源替代品公害的能源替代品而倍受重視。而倍受重視。如果如果以海水制氫以海水制氫作為燃料，從原理上作為燃料，從原理上講，燃燒后只能生成水，這對環(huán)境保護極講，燃燒后只能生成水，這對環(huán)境保護極為有利；為有利；3如果進一步如果進一步用太陽能以海水制氫用太陽能以海水制氫，則，則可實現(xiàn)可實現(xiàn)無公害能源系統(tǒng)無公害能源系統(tǒng)。此外，氫還可以作為此外，氫還可以作為，通過，通過利用過剩電力利用過剩電力進行進行，實現(xiàn)能源貯存。實現(xiàn)能源貯存。45在以氫作為在以氫作為能源媒體的能源媒體的氫能體系中，氫能體系中，是實際應(yīng)用中的關(guān)鍵。是實際應(yīng)用中的關(guān)鍵。貯氫材料就

2、是作為貯氫材料就是作為而成為當前材料研究的一個熱點項目。而成為當前材料研究的一個熱點項目。6貯氫材料貯氫材料(Hydrogen storage materials)是是在通常條件下在通常條件下的的特種金屬材料特種金屬材料。7貯氫材料的作用貯氫材料的作用相當于相當于。在室溫和常壓條件下在室溫和常壓條件下能迅速能迅速吸氫吸氫(H2)并反應(yīng)生成并反應(yīng)生成氫化物氫化物，使氫以，使氫以貯存起來，在需要的時候，適貯存起來，在需要的時候，適當當使這些貯存著的氫釋放使這些貯存著的氫釋放出來以供使用。出來以供使用。8貯氫材料中，貯氫材料中，極高，下表極高，下表列出幾種金屬氫化物中列出幾種金屬氫化物中及其他及其他

3、氫形態(tài)中氫形態(tài)中。9(1)相對氫氣瓶重量相對氫氣瓶重量從表中可知，金屬氫化物的從表中可知，金屬氫化物的與液態(tài)氫、與液態(tài)氫、固態(tài)氫的相當，約是氫氣的固態(tài)氫的相當，約是氫氣的1000倍。倍。10另外，一般另外，一般中，中，所以，所以用金屬氫化物貯氫時用金屬氫化物貯氫時并不必并不必用用101.3MPa(1000atm)的的耐壓鋼瓶耐壓鋼瓶。11可見，利用可見，利用從從來看來看是極為有利的。是極為有利的。但但從從來看來看，仍比液，仍比液態(tài)氫、固態(tài)氫低很多，尚需克服很大困難，態(tài)氫、固態(tài)氫低很多，尚需克服很大困難，尤其體現(xiàn)在對汽車工業(yè)的應(yīng)用上。尤其體現(xiàn)在對汽車工業(yè)的應(yīng)用上。12當今當今給給帶來惡劣的影帶來

4、惡劣的影響，因此汽車工業(yè)一直期望響，因此汽車工業(yè)一直期望的的燃料電池驅(qū)動的燃料電池驅(qū)動的環(huán)境友好型汽車來環(huán)境友好型汽車來替代。替代。13傳統(tǒng)儲氫方法與新型材料儲氫效率的比較傳統(tǒng)儲氫方法與新型材料儲氫效率的比較14對于對于的的燃料電池驅(qū)動燃料電池驅(qū)動汽車來汽車來說，不僅要求說，不僅要求貯氫系統(tǒng)的貯氫系統(tǒng)的，而且要，而且要求求氫所占貯氫系統(tǒng)氫所占貯氫系統(tǒng)的的(估算須達估算須達到到 (H) =6.5)，當前的當前的貯氫技術(shù)貯氫技術(shù)還不能滿足此要求。還不能滿足此要求。因此，因此，是是貯氫材料研究貯氫材料研究中中長期探求的目標。長期探求的目標。15 汽車是消耗化石燃料的大戶，汽車尾氣汽車是消耗化石燃料的

5、大戶，汽車尾氣對于環(huán)境的污染也是盡人皆知。要保護環(huán)境，對于環(huán)境的污染也是盡人皆知。要保護環(huán)境，必須推廣氫燃料的汽車。在汽車上應(yīng)用氫有必須推廣氫燃料的汽車。在汽車上應(yīng)用氫有兩種可能的方式兩種可能的方式： 一種是在發(fā)動機內(nèi)部與氧氣混合燃燒。一種是在發(fā)動機內(nèi)部與氧氣混合燃燒。其能量轉(zhuǎn)化效率（約其能量轉(zhuǎn)化效率（約25%25%）受卡諾熱機效率所）受卡諾熱機效率所限，僅比汽油的效率略高。限，僅比汽油的效率略高。 另一種是通過燃料電池產(chǎn)生電能，能量另一種是通過燃料電池產(chǎn)生電能，能量轉(zhuǎn)化效率能達到轉(zhuǎn)化效率能達到50-60%50-60%，約是前者的兩倍。，約是前者的兩倍。所以現(xiàn)在的氫燃料汽車都傾向于第二種方式。

6、所以現(xiàn)在的氫燃料汽車都傾向于第二種方式。 對汽車來講，氫氣的存儲應(yīng)當密度高、對汽車來講，氫氣的存儲應(yīng)當密度高、輕便、安全而且經(jīng)濟。輕便、安全而且經(jīng)濟。 一臺裝有一臺裝有24kg汽油可行駛汽油可行駛400km的發(fā)動機，的發(fā)動機，行駛同樣的距離，靠燃燒方式需消耗行駛同樣的距離，靠燃燒方式需消耗8kg氫，氫，靠電池供能則僅需靠電池供能則僅需4kg氫。而氫。而4kg的氫氣在室的氫氣在室溫和一個大氣壓下體積為溫和一個大氣壓下體積為45m3，這對于汽車，這對于汽車載氫是不現(xiàn)實的。載氫是不現(xiàn)實的。 目前限制氫燃料汽車推廣的最主要因素就是目前限制氫燃料汽車推廣的最主要因素就是氫氫氣的儲存問題氣的儲存問題。 傳

7、統(tǒng)的基于液化氫和高壓氣態(tài)氫的儲存方法傳統(tǒng)的基于液化氫和高壓氣態(tài)氫的儲存方法有很大的弊端。要攜帶足夠行駛有很大的弊端。要攜帶足夠行駛400-500km的高壓的高壓氣態(tài)氫，容器必須由能禁受住高達氣態(tài)氫，容器必須由能禁受住高達700bar壓力的壓力的復(fù)合材料制成。如果發(fā)生撞車，后果不堪設(shè)想；復(fù)合材料制成。如果發(fā)生撞車，后果不堪設(shè)想；容器的絕熱性對再次充氫不利，對壓力進行有效容器的絕熱性對再次充氫不利，對壓力進行有效的控制就更是一個難題。的控制就更是一個難題。 要增加單位體積容器的儲氫量，密度為要增加單位體積容器的儲氫量，密度為70.8kg/m3（21K,1atm）的液態(tài)氫相對可行，為此必須將氫氣冷）

8、的液態(tài)氫相對可行，為此必須將氫氣冷卻至卻至21K，而該過程消耗的能量相當于儲存氫氣能量，而該過程消耗的能量相當于儲存氫氣能量的三分之一。的三分之一。 為防止形成過高的壓力，儲氫系統(tǒng)必須是開放的，為防止形成過高的壓力，儲氫系統(tǒng)必須是開放的，于是透過絕熱壁的有限熱交換會使得每天有于是透過絕熱壁的有限熱交換會使得每天有2-3%的氫的氫氣蒸發(fā)損失，這進一步降低了儲存的效率。液氫作為氣蒸發(fā)損失，這進一步降低了儲存的效率。液氫作為燃料應(yīng)用于航天飛機以及一些高速飛機。燃料應(yīng)用于航天飛機以及一些高速飛機。 目前解決上述問題的最好辦法就是將目前解決上述問題的最好辦法就是將氫氣儲存在氫氣儲存在某種可以快速吸入和釋

9、放大量氫氣的材料中某種可以快速吸入和釋放大量氫氣的材料中。 19的的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用研究始于始于20世世紀紀60年代，年代，1960年發(fā)現(xiàn)鎂年發(fā)現(xiàn)鎂(Mg)能形成能形成MgH2，其其高達高達 (H)7.6，但但反反應(yīng)速度慢應(yīng)速度慢。201964年，研制出年，研制出，其吸氫量為其吸氫量為 (H)=3.6，能能在室溫下在室溫下和和，250 時放氫壓力約時放氫壓力約0.1MPa，成為最早成為最早具有應(yīng)具有應(yīng)用價值用價值的貯氫材料。的貯氫材料。21同年在研究同年在研究時發(fā)現(xiàn)了時發(fā)現(xiàn)了LaNi5具有優(yōu)異的吸氫特性具有優(yōu)異的吸氫特性;1974年又發(fā)現(xiàn)了年又發(fā)現(xiàn)了貯氫材料。貯氫材料。LaNi5和和T

10、iFe是目前是目前的貯氫材料。的貯氫材料。2223 氫化物按它的結(jié)構(gòu)大致分成三類：離子型氫氫化物按它的結(jié)構(gòu)大致分成三類：離子型氫化物化物(又叫鹽型氫化物又叫鹽型氫化物)，共價型氫化物，共價型氫化物(又叫分又叫分子型氫化物子型氫化物)，金屬型氫化物。據(jù)最新研究，金屬型氫化物。據(jù)最新研究,金金屬型氫化物在有機合成及作儲氫材料方面有重屬型氫化物在有機合成及作儲氫材料方面有重要用途。例如要用途。例如,1體積鈀可吸收體積鈀可吸收700900體積的體積的氫氣成為金屬氫化物氫氣成為金屬氫化物,加熱后又釋放出氫氣。加熱后又釋放出氫氣。金屬和氫的化合物統(tǒng)稱為金屬和氫的化合物統(tǒng)稱為。241）離子型氫化物離子型氫化

11、物也稱鹽型氫化物。也稱鹽型氫化物。是氫和是氫和堿金屬、堿土金屬堿金屬、堿土金屬中的中的鈣、鍶、鋇、鐳鈣、鍶、鋇、鐳所形成所形成的二元化合物。其固體為離子晶體，如的二元化合物。其固體為離子晶體，如NaH、BaH2等。等。這些元素的這些元素的電負性都比氫的電負性小電負性都比氫的電負性小。在這類氫化物中。在這類氫化物中，氫以，氫以H-形式存在，熔融態(tài)能導(dǎo)電，電解時在陽極放出形式存在，熔融態(tài)能導(dǎo)電，電解時在陽極放出氫氣。離子型氫化物中氫的氧化數(shù)為氫氣。離子型氫化物中氫的氧化數(shù)為-1，具有強烈失電，具有強烈失電子趨勢，是很強的還原劑，在水溶液中與水強烈反應(yīng)放子趨勢，是很強的還原劑，在水溶液中與水強烈反應(yīng)

12、放出氫氣，使溶液呈強堿性，如：出氫氣，使溶液呈強堿性，如： CaH2+2H2OCa(OH)2+2H2 在高溫下還原性更強，如：在高溫下還原性更強，如： NaH+2COHCOONa+C 2CaH2+PbSO4PbS+2Ca(OH)2 2LiH+TiO2Ti+2LiOH 離子型氫化物可由離子型氫化物可由金屬金屬與與氫氣氫氣在不同條件在不同條件下直接合成制得。除用做還原劑外，還用做干下直接合成制得。除用做還原劑外，還用做干燥劑、脫水劑、氫氣發(fā)生劑，燥劑、脫水劑、氫氣發(fā)生劑，1kg氫化鋰在標準氫化鋰在標準狀態(tài)下同水反應(yīng)可以產(chǎn)生狀態(tài)下同水反應(yīng)可以產(chǎn)生2.8m3的氫氣。在非水的氫氣。在非水溶劑中與溶劑中與

13、+氧化態(tài)的氧化態(tài)的B()，Al()等生成廣泛等生成廣泛用于有機合成和無機合成的復(fù)合氫化物，如氫用于有機合成和無機合成的復(fù)合氫化物，如氫化鋁鋰：化鋁鋰： 4LiH+AlCl3LiAlH4+3LiCl 復(fù)合氫化物主要用做還原劑、引發(fā)劑和催化劑。復(fù)合氫化物主要用做還原劑、引發(fā)劑和催化劑。 26元素周期表中元素周期表中(堿金屬堿金屬)和和(堿土金屬堿土金屬)分別與氫形成分別與氫形成、MH2化學(xué)化學(xué)比例成分的比例成分的。是是的粉末，是的粉末，是穩(wěn)定的化合物穩(wěn)定的化合物。這些。這些化合物稱為化合物稱為或或，氫以氫以狀態(tài)存在。狀態(tài)存在。27 2）共價型氫化物共價型氫化物也稱分子型氫化物。也稱分子型氫化物。

14、由由氫氫和和AA族元素所形成。其中與族元素所形成。其中與A族元素形成的氫化物是缺電子化合物和聚合型氫族元素形成的氫化物是缺電子化合物和聚合型氫化物，如乙硼烷化物，如乙硼烷B2H6，氫化鋁，氫化鋁(AlH3)n等。各共價等。各共價型氫化物熱穩(wěn)定性相差十分懸殊，氫化鉛型氫化物熱穩(wěn)定性相差十分懸殊，氫化鉛PbH4，氫化鉍氫化鉍BiH3在室溫下強烈分解，氟化氫，水受熱在室溫下強烈分解，氟化氫，水受熱到到1000時也幾乎不分解。共價型氫化物也有還時也幾乎不分解。共價型氫化物也有還原性，因氫的氧化數(shù)為原性，因氫的氧化數(shù)為+1，其還原性大小取決于，其還原性大小取決于另一元素另一元素R-n失電子能力。失電子能

15、力。 一般說，同一族從上至下還原性增強，同一一般說，同一族從上至下還原性增強，同一周期從左至右還原性減弱。周期從左至右還原性減弱。例如：例如： 4NH3+5O24NO+6H2O 2PH3+4O2P2O5+3H2O 2H2S+3O22SO2+2H2O 共價型氫化物在水中的行為較為復(fù)雜。常見為：共價型氫化物在水中的行為較為復(fù)雜。常見為： 形成強酸的：形成強酸的：HCl，HBr，HI； 形成弱酸的：形成弱酸的：HF，H2S，H2Se，H2Te； 形成堿的：形成堿的：NH3； 水解放出氫氣的：水解放出氫氣的：B2H6，SiH4； 與水不作用的：與水不作用的：CH4，PH3，AsH3，GeH4，SnH4

16、，SbH3。 氫化物氫化物RHn給出質(zhì)子給出質(zhì)子的能力一般與的能力一般與R的的電電負性負性、半徑半徑有關(guān)。有關(guān)。同一周期同一周期從左至右酸性隨從左至右酸性隨R的電負性增大而增強；同一族，從上至下，的電負性增大而增強；同一族，從上至下，酸性增強主要由酸性增強主要由R的半徑相應(yīng)增大決定。的半徑相應(yīng)增大決定。 酸堿性強弱由氫化物在水中電離出酸堿性強弱由氫化物在水中電離出H+質(zhì)質(zhì)子的熱化學(xué)循環(huán)過程中總能量效應(yīng)決定。子的熱化學(xué)循環(huán)過程中總能量效應(yīng)決定。30 3) 過渡型氫化物也稱過渡型氫化物也稱金屬型氫化物金屬型氫化物。 它是除上述兩類外，其余元素與氫形成的二它是除上述兩類外，其余元素與氫形成的二元化合

17、物，這類氫化物組成不符合正?；蟽r元化合物，這類氫化物組成不符合正?；蟽r規(guī)律，如，規(guī)律，如，氫化鑭氫化鑭LaH2.76，氫化鈰，氫化鈰CeH2.69，氫，氫化鈀化鈀Pd2H等。它們晶格中金屬原子的排列基等。它們晶格中金屬原子的排列基本上保持不變，只是相鄰原子間距離稍有增加本上保持不變，只是相鄰原子間距離稍有增加。因氫原子占據(jù)金屬晶格中的空隙位置，也稱。因氫原子占據(jù)金屬晶格中的空隙位置，也稱間充型氫化物間充型氫化物。過渡型氫化物的形成與金屬本。過渡型氫化物的形成與金屬本性、溫度以及氫氣分壓有關(guān)。性、溫度以及氫氣分壓有關(guān)。 它們的性質(zhì)與母體金屬性質(zhì)非常相似，并它們的性質(zhì)與母體金屬性質(zhì)非常相似，并

18、具有明顯的強還原性。一般熱穩(wěn)定性差，受熱具有明顯的強還原性。一般熱穩(wěn)定性差，受熱后易放出氫氣。后易放出氫氣。 Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites在不同金屬晶格構(gòu)型中氫占據(jù)的位置在不同金屬晶格構(gòu)型中氫占據(jù)的位置 氫氣作為未來很有希望的能源，要解決氫氣作為未來很有希望的能源，要解決的中心問題是如何儲存。一些金屬或合金是的中心問題是如何儲存。一些金屬或合金是儲氫的好材料。鈀、鈀合金及鈾都是強吸氫儲氫的好材料。鈀、鈀合金及鈾都是強吸氫材料，但價格昂貴。近年來，最受人們注意材料，但價格昂貴。近年來，最受人們注意的是鑭鎳的是

19、鑭鎳-5LaNi5（吸氫后為（吸氫后為LaNi5H6），它），它是一種儲氫的好材料。容量為是一種儲氫的好材料。容量為7L的小鋼瓶內(nèi)的小鋼瓶內(nèi)裝鑭鎳裝鑭鎳-5所能盛的氫氣所能盛的氫氣(304kPa)，相當于容量，相當于容量為為40L 的的15000kPa高壓氫氣鋼瓶所容納的氫高壓氫氣鋼瓶所容納的氫氣（重量相當），只要略微加熱，氣（重量相當），只要略微加熱，LaNi5H6即即可把儲存的全部氫氣釋放出來。可把儲存的全部氫氣釋放出來。 除除鑭鎳鑭鎳-5外，外，La-Ni-Cu，Zr-Al-Ni，Ti-Fe等吸氫材料也正在研究中。研究中的豐等吸氫材料也正在研究中。研究中的豐產(chǎn)元素，尤其是稀土金屬及其合金

20、的吸氫產(chǎn)元素，尤其是稀土金屬及其合金的吸氫作用有著更重要的意義。作用有著更重要的意義。 各種各種性質(zhì)的不同性質(zhì)的不同可以從可以從中反映出來。中反映出來。下表是氫下表是氫在各種金屬中的在各種金屬中的溶解熱溶解熱 H數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。34氫在各種金屬中的溶解熱氫在各種金屬中的溶解熱 H(kcal/mol)35金屬的金屬的是是負負(放熱放熱)的很大的值的很大的值，稱為，稱為；金屬顯示出金屬顯示出正正(吸熱吸熱)的值的值或很小的負值或很小的負值，稱為，稱為；金屬剛好顯示出金屬剛好顯示出兩者中間的數(shù)值兩者中間的數(shù)值。36可以作為可以作為能量貯存能量貯存、轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換材料材料，其，其是：是：金屬吸留氫形成金屬氫化物

21、金屬吸留氫形成金屬氫化物，然后對然后對該金屬氫化物加熱該金屬氫化物加熱，并把它放置在比其平并把它放置在比其平衡壓低的氫壓力環(huán)境中使其放出吸留的氫衡壓低的氫壓力環(huán)境中使其放出吸留的氫，其反應(yīng)式如下：其反應(yīng)式如下：37式中，式中，M-金屬；金屬； MHn-金屬氫化物金屬氫化物P-氫壓力；氫壓力； H-反應(yīng)的焓變化反應(yīng)的焓變化),()(22pHMn氣固 HMHnn)(2固反應(yīng)進行的方向反應(yīng)進行的方向取決于取決于和和。38實際上，上式表示實際上，上式表示具有具有(氫氫)、(反應(yīng)熱反應(yīng)熱)、(平衡氫氣壓力平衡氫氣壓力)。),()(22pHMn氣固 HMHnn)(2固39這種能量的這種能量的可用可用于于氫

22、或熱的貯存或運輸氫或熱的貯存或運輸、熱泵熱泵、冷氣暖氣冷氣暖氣設(shè)備設(shè)備、化學(xué)壓縮機化學(xué)壓縮機、化學(xué)發(fā)動機化學(xué)發(fā)動機、氫的同氫的同位素分離位素分離、氫提純氫提純和和氫汽車氫汽車等。等。40),()(22pHMn氣固 HMHnn)(2固由上面的反應(yīng)式可知，貯氫材料由上面的反應(yīng)式可知，貯氫材料是是在實際使用的溫度在實際使用的溫度、壓力范圍內(nèi)壓力范圍內(nèi)，以實際使以實際使用的速度用的速度，可逆地完成氫的貯藏釋放可逆地完成氫的貯藏釋放。41實際使用的實際使用的是根據(jù)是根據(jù)具體具體情況而確定情況而確定的。的。一般是從一般是從，從，從左右，特別是以具有左右，特別是以具有的工作的的工作的材料作為主要探討的對象。

23、材料作為主要探討的對象。42具有具有工作的工作的中，顯示出中，顯示出的有釩的氫的有釩的氫化物化物(VH2)和和鎂的氫化物鎂的氫化物(MgH2)。但是但是MgH2在純金屬中反應(yīng)速度很慢，在純金屬中反應(yīng)速度很慢，沒有實用價值。沒有實用價值。43許多許多形成形成的的反應(yīng)具有下式所示的反應(yīng)具有下式所示的可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)。),()(22pHMn氣固 HMHnn)(2固44都服從的都服從的是是“貯貯氫合金是氫合金是(IAIVA族金屬族金屬)和和(VIA-VIII族金屬族金屬)所形成的合所形成的合金金”。如在如在LaNi5里里La是前者，是前者，Ni是后者；在是后者；在FeTi里里Ti是前者，是前者，F(xiàn)e是

24、后者。即，是后者。即，介于其介于其組元純金屬的氫化物的性質(zhì)組元純金屬的氫化物的性質(zhì)之間之間。45然而，然而，和和組成的組成的合金合金，不一定都具備，不一定都具備。例如例如在在Mg和和Ni的金屬間化合物中的金屬間化合物中，有，有Mg2Ni和和MgNi2?？梢院蜌浒l(fā)生反應(yīng)生可以和氫發(fā)生反應(yīng)生成成氫化物，而氫化物，而在在100atm左右的左右的壓力下也不和氫發(fā)生反應(yīng)。壓力下也不和氫發(fā)生反應(yīng)。46另外，作為另外，作為La和和Ni的金屬間化合物，除的金屬間化合物，除LaNi5外，還有外，還有LaNi，LaNi2等。等。 LaNi，LaNi2也能和氫發(fā)生反應(yīng)，但也能和氫發(fā)生反應(yīng)，但生生成的成的La的氫化物

25、的氫化物非常穩(wěn)定，非常穩(wěn)定，反應(yīng)，反應(yīng)的可逆性消失了。的可逆性消失了。47因此，作為因此，作為貯氫材料的另一個重要條貯氫材料的另一個重要條件件是要是要。例如例如LaNi5H6相對于相對于LaNi5，Mg2NiH4相相對于對于Mg2Ni那樣。那樣。48總之，金屬總之，金屬(合金合金)氫化物能否作為能氫化物能否作為能量貯存、轉(zhuǎn)換材料取決于量貯存、轉(zhuǎn)換材料取決于。49氫在金屬合金中的氫在金屬合金中的又取決又取決于于金屬合金和氫的金屬合金和氫的。影響相平衡的因素影響相平衡的因素為為、和和，這些參數(shù)就可用于，這些參數(shù)就可用于控制氫的吸收控制氫的吸收和釋放過程和釋放過程。50 金屬金屬-氫系的氫系的由由、

26、和和三個狀態(tài)參數(shù)三個狀態(tài)參數(shù)控制。控制。用用溫度、壓力、成分組成溫度、壓力、成分組成二元直角坐標可二元直角坐標可以完整地表示出以完整地表示出。金屬吸氫和金屬吸氫和放氫是一種金屬和氫氣的放氫是一種金屬和氫氣的相平衡反應(yīng)，相平衡反應(yīng)，在在反應(yīng)反應(yīng)過程中，壓力過程中，壓力p p濃度濃度c c等溫溫度等溫溫度T T之間的關(guān)之間的關(guān)系可用系可用p-c-Tp-c-T曲線表示。曲線表示。 p-c-T曲線曲線的基本的基本特征：特征： p-c-T曲線曲線是儲氫是儲氫材料的重要特征曲線，材料的重要特征曲線，它可反映出儲氫合金在它可反映出儲氫合金在工程應(yīng)用中的許多重要工程應(yīng)用中的許多重要特性，例如通過該圖可特性，例

27、如通過該圖可以了解金屬氫化物中能以了解金屬氫化物中能含多少氫含多少氫(%)和任一溫和任一溫度下的分解壓力值。度下的分解壓力值。儲氫合金的壓力儲氫合金的壓力- -組分組分- -溫度等溫線溫度等溫線 P-C-T曲線是貯氫材料的重要特征曲線。曲線是貯氫材料的重要特征曲線。由圖中還由圖中還可以看出，金屬氫化物在吸氫與釋氫時，雖在同可以看出，金屬氫化物在吸氫與釋氫時，雖在同一溫度，但壓力不同，這種現(xiàn)象稱為一溫度，但壓力不同，這種現(xiàn)象稱為滯后滯后。作為。作為貯氫材料，滯后越小越好。貯氫材料，滯后越小越好。2353在在T-c面上的投影為面上的投影為(T-c圖圖)，在，在p-c面上的投影為面上的投影為(p-c

28、圖圖)。下圖為下圖為M-H2系的典型的系的典型的壓力壓力-成分成分等溫曲線圖等溫曲線圖。54T1、T2、T3表示三個不同溫表示三個不同溫度下的等溫曲線。度下的等溫曲線。橫軸表示橫軸表示固固相中的氫原子相中的氫原子H和和金屬原子金屬原子M的的比比(H/M)，縱軸縱軸是氫壓。是氫壓。55溫度溫度T1的等溫曲的等溫曲線中線中p和和c的變化如下：的變化如下：T1保持不動，保持不動，pH2緩慢升高時，緩慢升高時，H/M應(yīng)沿應(yīng)沿曲線曲線AB增大。固溶了增大。固溶了氫的金屬相叫做氫的金屬相叫做 相。相。達到達到B點時，點時， 生成生成氫化物相，即氫化物相，即 相。相。56當變到當變到時，時，所有的所有的 相

29、都變?yōu)橄喽甲優(yōu)?相相，此后當再次逐漸，此后當再次逐漸升高壓力時，升高壓力時， 相的相的成分就逐漸靠近化學(xué)成分就逐漸靠近化學(xué)計量成分計量成分。BC之間的之間的等壓等壓區(qū)域區(qū)域(平臺平臺)的存在的存在可可用用Gibbs相律解釋。相律解釋。57設(shè)某體系的設(shè)某體系的，它們的關(guān)系可表示為：它們的關(guān)系可表示為：f=k-p+2該該體系中獨立成分體系中獨立成分是是M和和H，即即k=2，所所以以f4-p。58 (1)AB，該區(qū)存在的相是該區(qū)存在的相是，p2，所以所以f2。因而即使溫度保持一因而即使溫度保持一定，壓力也可變化。定，壓力也可變化。AB表示表示在溫度在溫度T1時時的的情況。情況。 59(2)B C，該

30、區(qū)存在，該區(qū)存在的相是的相是、和和，p=3，所所以以f1。在下面的反應(yīng)：在下面的反應(yīng)：),()(22pHMn氣固 HMHnn)(2固完成之前，壓力為一定值。完成之前，壓力為一定值。60若若， ，則則在溫在溫度度T1時時為：為：mnMHHnmMH2)2(此時的此時的，即為，即為。平衡分解壓平衡分解壓隨溫度上升呈指數(shù)函數(shù)增大隨溫度上升呈指數(shù)函數(shù)增大。達到臨界溫度以前，達到臨界溫度以前，隨溫度上升平臺的寬度隨溫度上升平臺的寬度逐漸減小。逐漸減小。61隨著溫度升高隨著溫度升高, ,平衡壓力增大平衡壓力增大, ,曲曲線平臺區(qū)變短線平臺區(qū)變短, ,有效氫容量減少有效氫容量減少62(3)C D，該區(qū)存，該區(qū)

31、存在的相是在的相是和和，p2，所所以以f2，壓力可壓力可再一次發(fā)生變化。再一次發(fā)生變化。63p與與之間，之間，在一定的溫度范圍在一定的溫度范圍內(nèi)內(nèi)近似地符合近似地符合Vant-Hoff關(guān)系式：關(guān)系式：RSRTHpH2lnmnMHHnmMH2)2(式中式中 H-金屬氫化物的生成焓；金屬氫化物的生成焓； S-熵變量；熵變量； R-氣體常數(shù)。氣體常數(shù)。對于反應(yīng)式對于反應(yīng)式:64若相對于若相對于l/T繪制繪制lnp圖，則應(yīng)得到一圖，則應(yīng)得到一條直線。條直線。對各種對各種進行作進行作圖，一般可得到圖，一般可得到良好的直線關(guān)系良好的直線關(guān)系，如下圖，如下圖所示。所示。RSRTHpH2ln65各種貯氫合金的

32、平衡氫壓與溫度的關(guān)系各種貯氫合金的平衡氫壓與溫度的關(guān)系(Mm為混合稀土合金為混合稀土合金)由由可求可求出出，由由可求可求出出 S。RSRTHpH2ln300K時，時，為為31cal/K.mol.H2，與之相比，與之相比，氫的熵值較小氫的熵值較小，即，即式：式：mnMHHnmMH2)2(向右反應(yīng)的熵減少。所有的金屬氫化物向右反應(yīng)的熵減少。所有的金屬氫化物一般都可視為一般都可視為S=30 cal/K.mol.H2設(shè)設(shè)常溫下常溫下金屬氫化物的金屬氫化物的為為0.011MPa，從式：從式：可得出可得出 H為為-7 -11kcal/molH2。RSRTHpH2ln H為為-7-11 kcal/molH2

33、的金屬僅有的金屬僅有中的中的V、Nb、Ta等，等，因其因其而不而不適于做貯氫材料。適于做貯氫材料。圖中所示的圖中所示的，其，其合金合金組分在與氫氣反組分在與氫氣反應(yīng)時應(yīng)時，有些是，有些是(多為多為族元素族元素)，有些是，有些是(多為多為族元素族元素)。各種貯氫合金的平衡氫壓與溫度的關(guān)系各種貯氫合金的平衡氫壓與溫度的關(guān)系(Mm為混合稀土合金為混合稀土合金)中，中，放熱型金屬組分的作放熱型金屬組分的作用用是借助它是借助它，將氫吸貯在金屬，將氫吸貯在金屬內(nèi)部；內(nèi)部；與氫無親和力的與氫無親和力的吸熱型金屬吸熱型金屬，使合金的，使合金的氫化物具有氫化物具有。另外，另外，生成熱的大小生成熱的大小對形對形成

34、氫化物時的成氫化物時的生成焓大小生成焓大小有一定的影響。有一定的影響。設(shè)設(shè)ABn(n1)型金屬間化合物中，型金屬間化合物中， 為為， 為為，伴隨著氫化物，伴隨著氫化物的生成，形成的生成，形成A-H鍵與鍵與B-H鍵，同時，鍵，同時，A-B鍵減少。鍵減少。如應(yīng)用如應(yīng)用(nearest neighbor effect)，則氫化物的生成熱可用下式，則氫化物的生成熱可用下式表示：表示： H(ABnH2m) H(AHm)+ H(BnHm)- H(ABn)式中，式中，的生成熱為的生成熱為； 的生成熱為的生成熱為。其中這兩項與其中這兩項與金屬元素種類的關(guān)系不大金屬元素種類的關(guān)系不大，故故實際上由實際上由大大小

35、決定。小決定。 H(ABnH2m) H(AHm)+ H(BnHm)- H(ABn)即即，則，則，氫氫化物的分解壓越高化物的分解壓越高，這種規(guī)律稱為，這種規(guī)律稱為（the rule of reversed stability)。具有具有的二元素貯氫合金有的二元素貯氫合金有LaNi5，TiFe，TiMn1.5等。等。 H(ABnH2m) H(AHm)+ H(BnHm)- H(ABn)總之：總之：1、純金屬作為儲氫材料無法達到實際應(yīng)用；、純金屬作為儲氫材料無法達到實際應(yīng)用；2、貯氫合金材料都服從的經(jīng)驗法則是、貯氫合金材料都服從的經(jīng)驗法則是“貯貯氫合金是氫的吸收元素氫合金是氫的吸收元素(IAIVA族金

36、屬族金屬)和和氫的非吸收元素氫的非吸收元素(VIA-VIII族金屬族金屬)所形成的所形成的合金；合金；3、要存在與合金相的金屬成分一樣的氫化、要存在與合金相的金屬成分一樣的氫化物相；物相；4、ABn越穩(wěn)定，則越穩(wěn)定，則ABnH2m越不穩(wěn)定，氫化越不穩(wěn)定，氫化物的分解壓越高。物的分解壓越高。75 易活化易活化，氫的，氫的吸儲量大吸儲量大； 用于用于時時生成熱盡量小生成熱盡量小，而用于，而用于時時生成熱盡量大生成熱盡量大； 在一個在一個很寬的組成范圍內(nèi)很寬的組成范圍內(nèi)，應(yīng)具有，應(yīng)具有(室溫分解壓室溫分解壓23atm)；76 氫吸收和分解過程中的氫吸收和分解過程中的(滯后滯后)小；小； 氫的氫的俘獲

37、和釋放速度快俘獲和釋放速度快； 金屬氫化物的金屬氫化物的有效熱導(dǎo)率大有效熱導(dǎo)率大；77 在反復(fù)吸、放氫的循環(huán)過程中，在反復(fù)吸、放氫的循環(huán)過程中，； 對不純物如氧、氮、對不純物如氧、氮、CO、CO2、水分等的水分等的； 儲氫材料儲氫材料。 78制造儲氫材料時，制造儲氫材料時，及及等會等會影響氫化反應(yīng)影響氫化反應(yīng)，采用，采用或或。79 耐久性是指耐久性是指。向儲氫材料供給新的氫氣時帶。向儲氫材料供給新的氫氣時帶入的入的稱為稱為“”。 在吸儲和釋放氫的過程中，在吸儲和釋放氫的過程中，儲氫材料反復(fù)膨脹和收縮儲氫材料反復(fù)膨脹和收縮，從而導(dǎo)致，從而導(dǎo)致現(xiàn)象?，F(xiàn)象。80 儲氫材料的導(dǎo)熱性儲氫材料的導(dǎo)熱性 在

38、反復(fù)吸儲和釋放在反復(fù)吸儲和釋放氫的過程中，形成氫的過程中，形成，氫的可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)氫的可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)要求將其及時導(dǎo)出。要求將其及時導(dǎo)出。 滯后現(xiàn)象和坪域滯后現(xiàn)象和坪域 用于用于的儲氫的儲氫材料，材料，滯后現(xiàn)象小滯后現(xiàn)象小，坪域宜寬坪域宜寬。 安全性安全性8182 鎂在地殼中藏量豐富。鎂在地殼中藏量豐富。MgH2是是可供工業(yè)利用可供工業(yè)利用的的二元化合物二元化合物，而且具有，而且具有。 MgH2缺點：缺點：釋放溫度高釋放溫度高(250)且吸放氫且吸放氫速度慢速度慢，抗腐蝕能抗腐蝕能力差力差。 Mg中加入中加入Cu 或者或者Ni 催化，加快氫化速度催化，加快氫化速度MgNi2（不與氫反應(yīng)）（不

39、與氫反應(yīng)） 和和Mg2Ni（2Mpa，300吸氫）釋放吸氫）釋放溫度低，反應(yīng)速度快，但儲氫量變小。溫度低，反應(yīng)速度快，但儲氫量變小。83新開發(fā)的新開發(fā)的Mg2Ni1-xMx (M = V，Cr，Mn，F(xiàn)e， Co置換置換Ni) 和和Mg2-xMxNi (Al， Ca置換置換Mg) 比比MgH2的性能好的性能好Mg+CuMg2Cu MgCu2Mg2Cu 分解壓分解壓0.1Mpa 溫度為溫度為239度度 但最大吸氫量但最大吸氫量2.7ReMg12或或17 Re5Mg41 Re代表代表La Ce或者或者Mm（La Ce Sm混合稀混合稀土合元素）對氫都有較好的吸附儲存作用土合元素）對氫都有較好的吸附

40、儲存作用84的的潛在應(yīng)用潛在應(yīng)用在于可在于可，工業(yè)廢熱提工業(yè)廢熱提供氫化物分解所需的熱量供氫化物分解所需的熱量。目前，目前， 系合金在系合金在方面的應(yīng)用已成為一個重要的研究方向。方面的應(yīng)用已成為一個重要的研究方向。85人們很早就發(fā)現(xiàn)，人們很早就發(fā)現(xiàn)，與與反應(yīng)反應(yīng)生成生成ReLa，Ce或或Mm（La，Ce，Sm混合稀土元素）混合稀土元素）H2，這種氫化物這種氫化物加熱到加熱到1000以上以上才會分解。才會分解。而在而在中加入某些第二種金屬形中加入某些第二種金屬形成成后，后，在較低溫度下在較低溫度下也可也可，通，通常將這種合金稱為常將這種合金稱為。86在已開發(fā)的一系列在已開發(fā)的一系列中，中，性能最

41、佳性能最佳，應(yīng)用也最為廣泛應(yīng)用也最為廣泛。已擴大到已擴大到能源能源、化工化工、電子電子、宇航宇航、軍事軍事及及民用民用各各個方面。個方面。87例如，用于例如，用于和和的的可以將工廠的廢熱等可以將工廠的廢熱等低質(zhì)熱能低質(zhì)熱能回收回收、升溫升溫，從而開辟出了人類，從而開辟出了人類有效利用有效利用各種能源的新途徑。各種能源的新途徑。88利用利用釋放氫氣時釋放氫氣時，可以用作，可以用作熱驅(qū)動的動力熱驅(qū)動的動力；采用采用可以實現(xiàn)可以實現(xiàn)體積小體積小、重重量輕量輕、輸出功率大輸出功率大，可用于，可用于89稀土鑭鎳系儲氫合金稀土鑭鎳系儲氫合金典型代表：典型代表： LaNi5 ,荷蘭荷蘭Philips實驗室首

42、先研實驗室首先研制制 以以為代表的為代表的稀土儲氫合金稀土儲氫合金被被認為是認為是所有儲氫合金中應(yīng)用性能最好所有儲氫合金中應(yīng)用性能最好的一類的一類。2022-5-190：初期氫化容易，反應(yīng)速度快，初期氫化容易，反應(yīng)速度快，吸吸-放氫性能優(yōu)良。放氫性能優(yōu)良。20時氫分解壓僅幾個時氫分解壓僅幾個大氣壓?？闺s質(zhì)氣體中毒性能好，適合室大氣壓?？闺s質(zhì)氣體中毒性能好，適合室溫操作（溫操作（25 0.2Mpa）：鑭價格高，循環(huán)退化嚴重，易鑭價格高，循環(huán)退化嚴重，易粉化，導(dǎo)致生成熱和平衡壓力的不同粉化，導(dǎo)致生成熱和平衡壓力的不同91采用采用(La，Ce， Sm)Mm可有效降低成本，但可有效降低成本，但，給使用

43、帶來困難。（，給使用帶來困難。（6Mpa氫化，分解壓氫化，分解壓1.3Pa，滯后大，難以實用），滯后大，難以實用）采用采用M(Al，B，Cu，Co，Mn，Si，Ti，Ca，替代，替代Mm；B，Al，F(xiàn)e，Mn, Ga，In，Sn，Pt，Pd，Cr，Ag，Ir、是改善是改善LaNi5和和MmNi5儲氫性能的重儲氫性能的重要方法。要方法。 92Ti-Fe： 價廉價廉，儲氫量大儲氫量大，室溫氫分，室溫氫分解壓只有幾個大氣壓，很合乎使用要求。解壓只有幾個大氣壓，很合乎使用要求。但是但是活化困難活化困難，易中毒易中毒。TiFe2基本上不與氫反應(yīng)，基本上不與氫反應(yīng)，TiFe與氫反應(yīng)與氫反應(yīng)2022-5-1

44、93 典型代表：典型代表：TiFe，美美Brookhaven國家實驗室國家實驗室首先發(fā)明首先發(fā)明價格低價格低室溫下可逆儲放氫室溫下可逆儲放氫易被氧化易被氧化活化困難活化困難抗雜質(zhì)氣體中毒能力差抗雜質(zhì)氣體中毒能力差 實際使用時需對合金進行表面改性處理實際使用時需對合金進行表面改性處理2022-5-194Ti-Mnv具有具有Laves相結(jié)構(gòu)的金屬間化合物相結(jié)構(gòu)的金屬間化合物v原子間隙由四面體構(gòu)成，間隙多，有利于氫原原子間隙由四面體構(gòu)成，間隙多，有利于氫原子的吸附子的吸附vTiMn1.5H2.5vTi0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4v活性好活性好v用于：氫汽車儲氫、電池負極用于：氫汽車

45、儲氫、電池負極vTiMn1.5 最佳，吸氫量較大，隨著最佳，吸氫量較大，隨著Ti增加，吸氫增加，吸氫量增大，但由于形成穩(wěn)定的量增大，但由于形成穩(wěn)定的Ti氫化物，室溫釋氫化物，室溫釋氫量減少。氫量減少。很多金屬二元以及三元合金系有通式為很多金屬二元以及三元合金系有通式為ABAB2 2的化合物，其借助于的化合物，其借助于兩種不同大小的原子配合排列成密堆結(jié)構(gòu)，稱為兩種不同大小的原子配合排列成密堆結(jié)構(gòu)，稱為LavesLaves相。相。 95Ti-Mn：粉化嚴重粉化嚴重，中毒再生性差中毒再生性差。添。添加少量其它元素加少量其它元素(Zr, Co, Cr, V)可進一步改善可進一步改善其性能。其性能。其中

46、，其中，TiMn1.5Si0.1，Ti0.9Zr0.2Mn1.40Cr0.4 具有很好的儲氫性能。具有很好的儲氫性能。另外，另外，也是發(fā)展的方向。也是發(fā)展的方向。 96具有具有吸氫量高吸氫量高，反應(yīng)速度快反應(yīng)速度快，易活化易活化，無滯后效應(yīng)無滯后效應(yīng)等優(yōu)點。等優(yōu)點。但是，但是，氫化物生成熱大氫化物生成熱大，吸放氫平臺壓吸放氫平臺壓力低力低，價貴價貴，限制了它的應(yīng)用。，限制了它的應(yīng)用。 ZrV2，ZrCr2，ZrMn2 儲氫量比儲氫量比型合金大，平衡分解壓低。型合金大，平衡分解壓低。97Zr(Mn，Ti，F(xiàn)e)2和和Zr (Mn，Co，Al)2合合金適合于作金適合于作。 Ti17Zr16Ni39

47、V22Cr7 已成功用于已成功用于，有有寬廣的元素替代容限寬廣的元素替代容限，設(shè)計不同的合金成分，設(shè)計不同的合金成分用來滿足用來滿足高容量高容量，高放電率高放電率，長壽命長壽命，低成本低成本不同的要求。不同的要求。98氫與金屬間化合物氫與金屬間化合物在生成在生成和和的過程中，可以產(chǎn)生以下功能：的過程中，可以產(chǎn)生以下功能：(1)有熱的吸收和釋放現(xiàn)象，氫可作為一有熱的吸收和釋放現(xiàn)象，氫可作為一種種加以利用；加以利用；(2)熱的釋放與吸收也可作為一種熱的釋放與吸收也可作為一種加以利用；加以利用；99(3)在一在一密封容器中密封容器中，金屬氫化物所釋，金屬氫化物所釋放出放出有一定關(guān)系，利用這有一定關(guān)系

48、，利用這種壓力可做種壓力可做；(4)金屬氫化物在吸收氫過程中還伴隨金屬氫化物在吸收氫過程中還伴隨著著，可直接產(chǎn)生電能，可直接產(chǎn)生電能，這就是這就是。 100充分利用這充分利用這、四大功四大功能，可以能，可以開發(fā)新產(chǎn)品開發(fā)新產(chǎn)品；同時，吸、放氫多次后，同時，吸、放氫多次后，表面性能表面性能非常活潑，用作非常活潑，用作很有潛力，這種表面效應(yīng)功能也很有開很有潛力，這種表面效應(yīng)功能也很有開發(fā)前途。發(fā)前途。101金屬氫化物貯氫材料的應(yīng)用領(lǐng)域很金屬氫化物貯氫材料的應(yīng)用領(lǐng)域很多，而且還在不斷發(fā)展之中，下面介多，而且還在不斷發(fā)展之中，下面介紹紹的幾個主要方面。的幾個主要方面。102用高貯氫量的貯氫材料以及高強

49、鋁合金貯用高貯氫量的貯氫材料以及高強鋁合金貯罐，從工藝上降低成本，減輕重量，這種高容罐，從工藝上降低成本，減輕重量，這種高容量貯氫器可在氫能汽車、氫電動車、氫回收、量貯氫器可在氫能汽車、氫電動車、氫回收、氫凈化、氫運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。氫凈化、氫運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。103利用貯氫材料吸收氫的特性，可從氯利用貯氫材料吸收氫的特性，可從氯堿、合成氨的工業(yè)廢氣中回收氫；可方便堿、合成氨的工業(yè)廢氣中回收氫；可方便而廉價地獲取超高純而廉價地獲取超高純H2(99.9999)，實現(xiàn)實現(xiàn)氫的凈化；還可將難與氫分離的氣體，如氫的凈化；還可將難與氫分離的氣體，如氦經(jīng)濟地分離出來，無須慣用的深冷方法氦經(jīng)濟

50、地分離出來，無須慣用的深冷方法而實現(xiàn)氫的分離；而實現(xiàn)氫的分離；104可用于吸收核反應(yīng)堆的重水慢化器及冷可用于吸收核反應(yīng)堆的重水慢化器及冷卻器中產(chǎn)生的氫、氖、氚等氫同位素，以避卻器中產(chǎn)生的氫、氖、氚等氫同位素，以避免核反應(yīng)器材料的氫脆和防止環(huán)境污染，對免核反應(yīng)器材料的氫脆和防止環(huán)境污染，對吸收的氫同位素還可以利用貯氫材料的氫化吸收的氫同位素還可以利用貯氫材料的氫化物與氘化物平衡壓力的差異、經(jīng)濟有效地實物與氘化物平衡壓力的差異、經(jīng)濟有效地實現(xiàn)氫氘分離，即氫的同位素分離現(xiàn)氫氘分離，即氫的同位素分離。105利用氫化物的平衡壓力隨溫度指數(shù)變化的利用氫化物的平衡壓力隨溫度指數(shù)變化的規(guī)律，室溫下吸氫，然后提

51、高溫度以使氫壓大規(guī)律，室溫下吸氫，然后提高溫度以使氫壓大幅度提高，同時使氫凈化。這樣不用機械壓縮幅度提高，同時使氫凈化。這樣不用機械壓縮即可制高壓氫，所用設(shè)備簡單，無運轉(zhuǎn)部件，即可制高壓氫，所用設(shè)備簡單，無運轉(zhuǎn)部件，無噪聲，用于此目的貯氫合金稱為靜態(tài)壓縮機。無噪聲，用于此目的貯氫合金稱為靜態(tài)壓縮機。106利用貯氫材料的熱效應(yīng)和平臺壓力的溫度利用貯氫材料的熱效應(yīng)和平臺壓力的溫度效應(yīng)，只需用低品位熱源如工業(yè)廢熱、太陽能效應(yīng)，只需用低品位熱源如工業(yè)廢熱、太陽能作能源，即可進行供熱、發(fā)電、空調(diào)和制冷。作能源，即可進行供熱、發(fā)電、空調(diào)和制冷。過去一般為過去一般為2段式熱泵，段式熱泵，1次升溫，現(xiàn)發(fā)展成次

52、升溫，現(xiàn)發(fā)展成3段式熱泵，段式熱泵，2次升溫，可使次升溫，可使6590廢熱水升溫廢熱水升溫至至130 或更高，可直接用于產(chǎn)生蒸氣再發(fā)電，或更高，可直接用于產(chǎn)生蒸氣再發(fā)電，并可充分利用環(huán)境熱，制成新型空調(diào)器和冰箱，并可充分利用環(huán)境熱，制成新型空調(diào)器和冰箱，可節(jié)能可節(jié)能80。107金屬氫化物熱泵的推廣與金屬氫化物成金屬氫化物熱泵的推廣與金屬氫化物成本和熱交換器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。日本最近提本和熱交換器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。日本最近提出的一種機械壓縮機與金屬氮化物聯(lián)動式熱出的一種機械壓縮機與金屬氮化物聯(lián)動式熱泵，它只用一種廉價的金屬氫化物泵，它只用一種廉價的金屬氫化物(如如TiFe等等)與一臺無油壓縮機驅(qū)動氫

53、的吸入，從而簡化與一臺無油壓縮機驅(qū)動氫的吸入，從而簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，降低成本。設(shè)計結(jié)構(gòu)，降低成本。108貯氫材料可用作加氫和脫氫反應(yīng)的催貯氫材料可用作加氫和脫氫反應(yīng)的催化劑，如化劑，如LaNi5、TiFe用作常溫常壓合成用作常溫常壓合成氨催化劑、電解水或燃料電池上的催化劑。氨催化劑、電解水或燃料電池上的催化劑。它可降低電解水時的能耗，提高燃料電池它可降低電解水時的能耗，提高燃料電池的效率。的效率。109出于鎘有毒，鎳鎘高容量可再充式電池因出于鎘有毒，鎳鎘高容量可再充式電池因廢電池處理復(fù)雜已處于被淘汰的階段。因此金廢電池處理復(fù)雜已處于被淘汰的階段。因此金屬氫化物鎳氫電池發(fā)展迅速，基本化學(xué)過程是：屬氫

54、化物鎳氫電池發(fā)展迅速，基本化學(xué)過程是：22)(21OHNiHNiOH放電放電充電充電110充電時充電時正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O + e- 負極反應(yīng)：負極反應(yīng)：M + H2O + e- MH + OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)：M + Ni(OH)2 MH + NiOOH 放電時放電時正極：正極：NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH- 負極：負極：MH + OH- M + H2O + e- 總反應(yīng)：總反應(yīng)：MH + NiOOH M + Ni(OH)2 以上式中以上式中M為儲氫合金，為儲氫合金，MH為吸附了氫原子的為吸附了氫原子的儲氫合金

55、。最常用儲氫合金為儲氫合金。最常用儲氫合金為LaNi5。KOH作電解液作電解液111如以貯氫材料作電極材料，則放電時從如以貯氫材料作電極材料，則放電時從貯氫材科中放出氫，充電時則反之，對于貯氫材科中放出氫，充電時則反之，對于TiCrVNi、TiNi等最高貯氫量可達等最高貯氫量可達260cm3/g的材料、放電量可比鎳鎘電池高的材料、放電量可比鎳鎘電池高1.8倍，可充倍，可充放電放電1000次以上。這類電池在宇航、手提式次以上。這類電池在宇航、手提式電子計算機、移動電話、電動汽車等行業(yè)中電子計算機、移動電話、電動汽車等行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。已得到廣泛應(yīng)用。 112燃料電池是一種使燃料氧化時釋放出的

56、燃料電池是一種使燃料氧化時釋放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。電極化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。電極由多種材料和催化劑組成、常用的燃料有氫由多種材料和催化劑組成、常用的燃料有氫氣、甲醇等，氧化劑一般為氧氣或空氣，氣、甲醇等，氧化劑一般為氧氣或空氣，113常用的電解質(zhì)有磷酸、氫氧化鉀及離子常用的電解質(zhì)有磷酸、氫氧化鉀及離子交換膜等交換膜等 與一般化學(xué)電池不同，其反應(yīng)物與一般化學(xué)電池不同，其反應(yīng)物質(zhì)貯存于電池外部，只要不斷地向電池供應(yīng)質(zhì)貯存于電池外部，只要不斷地向電池供應(yīng)燃料和氧化劑，同時從電池中排出反應(yīng)產(chǎn)物，燃料和氧化劑，同時從電池中排出反應(yīng)產(chǎn)物，電池就可連續(xù)工作，因而容量不受電池質(zhì)量

57、電池就可連續(xù)工作，因而容量不受電池質(zhì)量和體積的限制。和體積的限制。114與其他發(fā)電裝置相比，燃料電池具有能與其他發(fā)電裝置相比，燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無噪聲、無環(huán)境污染等優(yōu)點。量轉(zhuǎn)換效率高、無噪聲、無環(huán)境污染等優(yōu)點。用金屬氫化物作電極，結(jié)合固體聚合物電解用金屬氫化物作電極，結(jié)合固體聚合物電解質(zhì)質(zhì)(solid Polymer electrolyte，SPE)可以發(fā)展可以發(fā)展新型高效燃料電池，獲效率可高達新型高效燃料電池，獲效率可高達60%以上。以上。燃料電池可作為大型電站和貯電站的建燃料電池可作為大型電站和貯電站的建設(shè)，即電網(wǎng)低峰時用余電電解水制氫，高峰設(shè)，即電網(wǎng)低峰時用余電電解水制氫，高峰

58、用電時則通過燃料電池產(chǎn)電。用電時則通過燃料電池產(chǎn)電。115 貯氫材料的氫平衡壓隨溫度升高而升高的貯氫材料的氫平衡壓隨溫度升高而升高的效應(yīng)可以用作溫度計。效應(yīng)可以用作溫度計。從貯氫材料的從貯氫材料的p-T曲線找到曲線找到p與與T的對應(yīng)關(guān)的對應(yīng)關(guān)系，將小型貯氫器上的壓力表盤改為溫度指示系，將小型貯氫器上的壓力表盤改為溫度指示盤、經(jīng)校正后即可制成溫度指示器，這種溫度盤、經(jīng)校正后即可制成溫度指示器，這種溫度計體積小，不怕震動，而且還可以通過毛細管計體積小，不怕震動，而且還可以通過毛細管在較遠的距離上精確測定溫度。這種溫度計已在較遠的距離上精確測定溫度。這種溫度計已廣泛用于各種飛機。廣泛用于各種飛機。1

59、16貯氫材料的溫度壓力效應(yīng)還可以用作機貯氫材料的溫度壓力效應(yīng)還可以用作機器人動力系統(tǒng)的激發(fā)器、控制格和動力源、器人動力系統(tǒng)的激發(fā)器、控制格和動力源、其特點是沒有旋轉(zhuǎn)式傳動部件，因此反應(yīng)靈其特點是沒有旋轉(zhuǎn)式傳動部件，因此反應(yīng)靈敏、便于控制、反彈和振動小，還可用于抑敏、便于控制、反彈和振動小，還可用于抑制溫度的各種開關(guān)裝置。制溫度的各種開關(guān)裝置。此外，金屬氫化物貯氫材料還可以用作此外，金屬氫化物貯氫材料還可以用作吸氣劑，絕熱采油管，微型壓縮致冷器等。吸氣劑，絕熱采油管，微型壓縮致冷器等。117在貯氫材料的實際應(yīng)用中尚存在以下問題在貯氫材料的實際應(yīng)用中尚存在以下問題：(1)貯氫材料的粉化貯氫材料的粉

60、化。由于貯氫材料在吸氫時晶格膨脹，放氫時由于貯氫材料在吸氫時晶格膨脹，放氫時晶格收縮、如反復(fù)吸收氫，則材料可因反復(fù)形晶格收縮、如反復(fù)吸收氫，則材料可因反復(fù)形變而逐漸變成粉末。細粉末狀態(tài)的貯氫材料在變而逐漸變成粉末。細粉末狀態(tài)的貯氫材料在放氫時，不僅將導(dǎo)致氫流受阻，而且還可能隨放氫時，不僅將導(dǎo)致氫流受阻，而且還可能隨氫氣流排到外部而引起公害。氫氣流排到外部而引起公害。118(2)貯氫材料的傳熱問題。貯氫材料的傳熱問題。從貯氫材料中從貯氫材料中放出氫或進行氫化，共速度比較快，溫升較高放出氫或進行氫化，共速度比較快，溫升較高但由于貯氫材料的導(dǎo)熱性很差但由于貯氫材料的導(dǎo)熱性很差(一般只有一般只有1w/