储氢材料研究进展摘要：随着传统能源的日渐枯竭，以及生态环境恶化的双重压力，致使人类面临着能源和环境危机的严峻挑战。
而氢能作为一种高效﹑清洁﹑无污染的能源，日益受到人们的瞩目。
本文重点介绍储氢材料的分类，以及氢能的应用，并给出一些建议。
关键词：氢能源储氢材料应用领域Progress in hydrogen storage materialAbstract：Along with the traditional energy exhaustion, dual pressure and the deterioration of the ecological environment, resulting in serious challenge that the mankind faces a crisis of energy and environment. While hydrogen as a kind of high efficient, clean, no pollution energy, increasing people's attention. This paper introduces the classification of hydrogen storage materials, and the application of hydrogen energy, and puts forward some suggestions.Key words: Hydrogen energy Hydrogen storage material Application field 随着人们环保意识的增强和低碳经济概念的提出，氢能日益受到关注。
氢能具有许多优势：（1）氢释能后的产物是水，属于清洁能源；（2）既可通过太阳能、风能、核能等分解水来获得，也可以利用石油重整、甲醇蒸汽转化、炼焦和煤炭气化等方式制取，是可再生能源；（3）氢具有较高的热值；（4）在化工与炼油等领域副产大量氢气，资源丰富。
此外，通过改造微生物基因以实现高效生物制氢也是当前世界范围内的研究热点。
现有的工业技术已能实现氢的大规模生产。
从长远来看，它的发展可能带来能源结构的重大改变。
如果能被有效地开发利用，作为一种能源替代物将会有广阔的应用前景，氢能体系主要包括氢的生产、储存与运输、应用 3 个环节，其中氢的储存是关键, 也是目前氢能应用的技术瓶颈。
储氢材料分类氢的储运按氢的储存方法可以分为3 种:第一种是气体氢储存技术, 即将氢气压缩后存储在高压容器中, 缺点是钢瓶储存氢气的容积小、储氢量小, 并且有爆炸的危险; 第二种是液态氢储存技术, 即将氢气液化后存储在绝热容器中, 缺点是液体储存箱非常庞大, 需要极好的绝热装置来隔热, 并且容易渗漏; 第三种是固体氢储存技术,即氢气与储氢材料通过物理或化学的方式相结合的固体储氢方式,能有效克服气、液两种储存方式的不足, 而且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易。
因此, 固体储氢引起了人们特别的关注, 成为目前研究的热点若使储氢材料具有实用价值，必须具备以下特性：储氢含量高；具有高度的反应可逆性，且可在常温常压下进行具有良好的循环性，而且循环的次数要足够多；易活化、滞后效应小具有优良的抗毒性能。
此外，在研究设计时还应注意要尽量满足比重小、能量密度高、制造工艺简单、安全等特性。
目前研究开发和投入应用的材料还没有一种完全具备上述特征只能择重而取。
1 金属基储氢合金材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。
合金储氢机理是氢分子首先吸附在金属表面, 再解离成氢原子, 然后再进入到金属的晶格中形成氢化物。
元素周期表中的部分金属与氢反应, 形成金属氢化物, 反应比较简单, 只要控制一定的温度和压力, 金属和氢气一接触就会发生反应。
储氢合金储氢量大、无污染、安全可靠, 并且制备技术和工艺相对成熟,是目前应用最为广泛的储氢材料。
1. 1 镁基储氢材料金属镁作为储氢材料具有一系列优点: 密度小, 仅为1.74g/ cm3; º储氢量高, MgH 2 的含氢量达 7. 6% ( 质量分数), 而 Mg2NiH4 的含氢量也达到 3.6% (质量分数) ; 资源丰富, 价格低廉。
但由于 Mg 表面易氧化生成氧化膜, 导致Mg 吸放氢的条件比较苛刻, 表现为 Mg 与 H2 需要在 300~400 e 、2.4~ 40MPa 下才能生成 MgH2, 0. 1MPa 时离解温度为 287 e , 且反应速度慢在 Mg-Ni 系中, 人们常添加元素 M 替代部分元素 Mg或 Ni以改善Mg2Ni 的充放氢性能。
常用部分替代 Mg 的元素有 Ag、Ti、Al、Zr、Co、Si、V、Ce、B、C, 这些元素的添加可抑制 Mg 在合金表面的氧化, 从而提高 Mg-Ni系储氢合金的循环寿命。
部分替代 Ni的常用元素有 Co、Mn、Fe、W、Cu、Cr、Al、C。
J. Chen 等研究了 Co、Mn 取代 Mg2Ni合金中的Ni, 不仅可以增加合金的放电容量, 同时也延长了合金的循环寿命。
单纯用一种元素取代 Mg 或Ni, 虽然合金性能有所改善, 但总体性能仍不能满足需要。
因此, 许多研究者采取同时对Mg 和 Ni 进行部分取代的方法。
Yuan 等制备了Mg2- xTixNi1- yCuy(0< x< 2, 0< y< 1) 合金, 发现该合金主相仍是Mg2Ni, 未经活化可直接吸氢, 与 Mg2Ni 相比合金的脱氢性能明显改善、抗腐蚀性能好、循环寿命延长。
除 Mg-Ni合金体系外, 人们对不含镍的镁基储氢材料也进行了大量的研究, 研究范围几乎涉及到全部的金属元素和少量的非金属元素, 比较有代表性的有 Mg-Al 系和 Mg-La系。
Mg-Al 系储氢合金包括 Mg3Al12 ( C) 、Mg17 Al12 ( C)、Mg2Al3( B) 3 种类型。
在三元合金中比较有代表性的是Mg17Al11Ti。
因为镁和镧系金属可以形成相对稳定的合金化合物, 所以 Mg-La 系也是人们研究的热点。
经常见诸于报道、储氢性能较好的 Mg-La 系合金有 Mg2La、Mg12La、Mg16-La2Ni、Mg17La1.8Ca0.2、Mg16La1.6Ca0.4Ni、Mg17La2 等。
随着机械合金化技术的日益成熟, 人们把工作重点放在了镁基储氢复合材料的研究上。
此类材料的特点是将某一种单质或化合物复合在镁颗粒表面, 起到吸放氢催化剂的作用,可加快吸放氢的速度, 降低其放氢温度。
例如,镁与过渡金属氧化物的复合物 Mg-MgO 都具有非常好的充放氢动力学性能和较低的放氢温度;镁基纳米复合材料能在较低温度下发生快速的吸氢反应, 如纳米复合物 Mg-3N-i 2MO 是一种动力学性能较好的大容量储氢材料, 可以在较低的温度下快速吸氢。
制备镁基储氢材料主要方法有：机械合金化法、氢化燃烧合成法、放电等离子烧结法、高温熔炼法、置换扩散法和固相扩散法。
1.1.1机械合金化镁基储氢材料的制备采用最多的是机械合金化法。
通过机械球磨可得到晶态、非晶态和准晶态的合金。
通过此方法可以显著改善材料的表面特征，从而改善其吸放氢的活化性能和反应动力学，并且能降低吸放氢温度，提高储氢量。
同时机械合金化法可以使熔点相差较悬殊的元素形成合金，且具有成本低、成分均匀的优点。
随着燃料电池对储氢对材料要求的提高，Ｍ．Ｈ．Ｇｒｏｓｊｅａｎ等人采用机械合金化法制备出燃料电池用的镁粉，使镁粉的储氢量从未球磨时的３％（质量）提高到了球磨后的４７％（质量）。
这主要归因于球磨时产生的大量缺陷和新鲜表面利于镁在甲醇中的腐蚀。
1.1.2氢化燃烧合成氢化燃烧合成法是在Ｍｇ２Ｎｉ合金燃烧合成法的基础上发展起来的一种镁基储氢合金制备新方法。
它是将镁镍混合粉末置于高压氢气中，通过合成———氢化一步法，在低于８５０Ｋ温度下直接获得氢化镁镍合金，它属于一种自放热的固相反应。
其反应方程式为：Ｍｇ＋Ｈ２＝ＭｇＨ２，ΔＨ°＝－７４．５ｋＪ·ｍｏｌ－１（１）２Ｍｇ＋Ｎｉ＝Ｍｇ２Ｎｉ，ΔＨ°＝－３７２ｋＪ·ｍｏｌ－１（２）Ｍｇ２Ｎｉ＋Ｈ２＝Ｍｇ２ＮｉＨ４，ΔＨ°＝－６４．４ｋＪ·ｍｏｌ－１（３）以上３个反应中，反应（２）放出的热量最大，它在体系加热到一定温度后，在很短时间内以一种热爆方式点燃。
在降温过程中，燃烧合成产物与氢气发生氢化反应生成最终的镁镍合金氢化物。
该方法具有节能、省时、设备简单、化学成分容易控制的优点，且产物无需活化处理。
目前利用该法已成功制备出一系列的镁基储氢材料，如Ｍｇ２Ｎｉ１－ｘＦｅｘ、Ｍｇ－ＣａＮｉ５和Ｍｇ２－ｘＡｇｘＮｉ。
另外，Ｉ．Ｓａｉｔａ等人还成功地在无镁镍的条件下用氢化燃烧合成法制备出ＴｉＦｅ储氢材料，其反应方程式如下：Ｔｉ＋Ｈ２＝ＴｉＨ２，ΔＨ°＝－１４４ｋＪ·ｍｏｌ－１（４）Ｔｉ＋Ｆｅ＝ＴｉＦｅ，ΔＨ°＝－４０ｋＪ·ｍｏｌ－１（５）借鉴以上人们的成功经验，研究人员可利用氢化燃烧合成法在无Ｎｉ的情况下制备出Ｍｇ－ＦｅＴｉ基储氢材料。
1.1.3放电等离子烧结放电等离子烧结是新近发展起来的一种新的材料制备方法，它具有升温速度快、烧结时间短、冷却迅速、外加压力和烧结气氛可控及节能环保等优点，可广泛用于金属材料、陶瓷材料、复合材料的制备。
该方法通过在粉末间直接通入脉冲电流瞬时产生的等离子、脉冲能、脉冲压力和焦耳热使粉末表面达到高温进行烧结。
Ｘ．Ｐ．Ｓｏｎｇ等人采用放电等离子烧结制备镁基储氢材料发现：烧结的镁基储氢材料随着合金第二相含量的增加，储氢温度明显降低。
在５７３Ｋ时，纯镁的储氢量几乎为０，但利用等离子烧结的镁基储氢材料储氢量却达到了纯镁最高储氢量的９５％。
ＴＥＭ研究结果表明：放电等离子烧结过程中在烧结界面处产生了一种纳米级的过渡相，该过渡相很可能是镁基储氢材料动力学性能得到改善的原因。
1. 2 稀土系储氢材料目前研究开发的稀土储氢合金有 AB5型、AB3型、A2B7型等，其中AB3型、A2B7型称为多相R-Mg-Ni 系储氢合金等。
AB5型稀土储氢合金是目前商业化镍氢电池普遍采用的负极材料，但目前 AB5 型储氢合金已接近其理论容量极限。
R-Mg-Ni 系合金具有更高的储氢容量，但其活化性能、循环寿命等需要进一步提高，是目前稀土储氢合金研究领域的热点。
稀土系储氢合金以 LaNi5 为代表, 可用通式 AB5 表示,具有CaCu5 型六方结构。
1969 年 Philips 实验室发现 LaNi5合金具有优良的吸氢特性、较高的吸氢能力、较易活化、对杂质不敏感及吸释氢不需高温高压(当放氢温度高于 40e 时放氢就很迅速) 等优良特性, 但该合金在吸氢后晶胞体积膨胀较大、易粉化、吸释氢能力过早失去, 且价格昂贵。