动植物的生存！！！
人类的出路何在？－新能源研究势在必
行！！！
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对中国来说，首要的是开发水力资源和 生物质能，其次是发展地热能、风能和 太阳能。太阳能和风能的利用存在较大 的新材料问题。
太阳照射到地面的能量相当于全球能耗 的1.6万倍，既无污染，又是永久性能源。 可惜太阳辐射到地球的能量密度太低， 只有1kW/m2，还受气候影响。
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作为储氢合金必须容易吸收氢，又能不太困难 释放氢 共价键型化合物中氢与元素的键和作用不强， 氢化物的稳定性差、易分解，氢在这种化合物中 不易存留 分子型和大多数离子键型氢化物十分稳定很 难分解，即氢化物中的氢不易释放出来 适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键 型氢化物
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实现氢能经济的关键技术
廉价而又高效的制氢技术
安全高效的储氢技术－开发新型高效的储氢材料和安
全的储氢技术是当务之急
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储氢方法有三种： 气态：高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储 存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压， 所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆 炸的危险； 液态：将气态氢降温到－252.6oC变为液体进行储存， 能耗大，而且需要超低温用的特殊容器，防止液态氢 汽化。 固态：储氢密度与液态相同或更高，安全
LaNi5是六方晶格 （晶格常数 a0=0.5017nm， c0=0.3982nm， c0/a0=0.794， V=0.0868nm3），其 中有许多间隙位置， 可以固溶大量的氢。
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第二节 贮氢合金材料
贮氢合金
在室温下一个单胞可与6个氢原子结合，形 成六方晶格的LaNi5H6（晶格常数 a0=0.5388nm，c0=0.4250nm，c0/a0=0.789， V=0.10683nm3），晶格体积增加了23.5％。
贮氢合金 hydrogen storage metal
能源危机？
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能源危机与环境问题
化石能源的有限性与人类需求的无限性 －石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至
数百年内枯竭！！！（科技日报，2004年2月25日，
第二版）
化石能源的使用正在给地球造成巨大的 生态灾难－温室效应、酸雨等严重威胁地球
Ti-Mn: 粉化严重,中毒再生性差.添加少量其它元 素(Zr,Co,Cr,V)可进一步改善其性能. TiMn1.5Si0.1, Ti0.9Zr0.2Mn1.40Cr0.4 具有很好的 储氢性能. 四,五元合金是发展方向.
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⑷锆系合金
锆系合金具有吸氢量高,反应速度快,易 活化,无滞后效应等优点.但氢化物生成热大, 吸放氢平台压力低,价贵,限制了它的应用.
LaNi5形成氢化物的ΔH=-30.93kJ/mol H2， ΔS=-108.68 kJ/mol H2。
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贮氢合金
优点： 缺点：
吸氢量大 平衡压力适中而平坦 放氢快，滞后小 容易活化，室温下即可活化 具有良好的抗杂质气体中毒性
成本高，大规模使用受到限制 吸放氢过程中晶胞体积膨胀大
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①活化处理 制造储氢材料时,表面被氧化物覆盖及
吸附着水和气体等会影响氢化反应.采用加 热减压脱气或高压加氢处理. ②耐久性和中毒
耐久性是指储氢材料反复吸储的性质。 向储氢材料供给新的氢气时带入的不纯物 使吸储氢的能力下降称为“中毒”。
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③粉末化
在吸储和释放氢的过程中,储氢 材料反复膨胀和收缩,从而导致出现粉末 现象.
镁系吸氢合金的潜在应用在于可有效利用 250～400℃的工业废热,工业废热提供氢化物分 解所需的热量. 目前,Mg2Ni 系合金在二次电池 负极方面的应用,已成为一个重要的研究方向。
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第二节 贮氢合金材料 镁系贮氢合金
贮氢合金
优点：
地壳中贮藏量丰富，价格便宜 密度小，仅为1.74g/cm3 贮氢容量高，MgH2的含氢量达 3.6%
TiFe)
-29.26 ~ -45.98kJ/molH2 (LaNi5,
实用的储氢材料是由吸热型金属和放热 型金属组成的金属间化合精品物课件，使合金具有适当的生 24
⑴储氢材料应具备的条件
①易活化,氢的吸储量大； ②用于储氢时生成热尽量小.而用于蓄热时生
成热尽量大; ③在一个很宽的组成范围内,应具有稳定合适
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贮氢合金粉
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金属的贮氢原理
贮氢合金
物理方式贮氢：如采用压 缩、冷冻、吸附等方式；
氢的存贮方式
金属氢化物贮氢： 氢化物 具有优异的吸放氢性能外， 还兼顾了很多其它功能。
在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属
间化合物（Me）与气态H2可逆反应生成金属固 溶体MHx和氢化物MHy。反应分三步进行。
缺点：
氢吸、放动力学性能差：释放温度高， 250℃以上，反应速度慢，氢化困难
抗蚀能力差，特别是作为阴极贮氢合
金材料。
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⑵稀土系合金
以LaNi5 为代表的稀土储氢合金被认 为是所有储氢合金中应用性能最好的一类，荷兰 Philips实验室首先研制
. 初期氢化容易, 反应速度快, 吸-放氢性能优良, 20℃时氢分解压仅几个大气压. 但是镧价格高, 循环退化严重,易粉化.
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太阳能的利用形式主要有两种:－是热能的直接 利用，如利用镜面或反射槽将太阳光聚焦在收 集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动气轮 机组发电，美国单台容量己达80MW；另一种形 式是利用小型太阳能装置为房屋采暖供热，现 己大量应用。研制高效、长寿、廉价的光伏转 换材料已成为目前能源新材料领域的重要课题。
p
2 H2
HM
A一B:为吸氢过程的第二步，固溶体进一步与氢反应，
产生相变，形成金属氢化物;
B点以后：为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压
增加。
提高温度，平台压力升高，但有效氢 容量减少
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p-c-T曲线是衡量贮氢材料热力学性能的重要特
性曲线。通过该图可以了解金属氢化物中能含多
少氢(％)和任一温度下的分解压力值。 p-c-T曲
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风能
太阳能在地面上约2％转变为风能，全球风力用 于发电功率可达11.3万亿kW，很有发展前景。 风能与风速密切相关，我国沿海与西北地区的 风力资源丰富，大有作为，但风车材料是关键。 －个2.5MW的风车，转子叶片直径要80ｍ，包 括传动箱的总重达30t；风车高近百米，用材 几百吨。风车叶片耍有足够的强度和抗疲劳性 能（全寿命转数要求109以上），目前主要采 用玻璃钢或碳纤维增强塑料，正向增强木材发 展。
的平衡分解压(室温分解压2~3atm); ④氢吸收和分解过程中的平衡压差(滞后)小； ⑤氢的俘获和释放速度快；
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⑥金属氢化物的有效热导率大；
⑦在反复吸放氢的循环过程中，合金的粉 化小，性能稳定性好；
⑧对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的 耐中毒能力强；
⑨储氢材料价廉。
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⑵影响储氢材料吸储能力的因素
1.储氢材料的基本性质
氢溶于ⅠA~ⅤA 族金属时为放热反应 (△H<0),能形成溶解许多氢的金属氢化物， △H的 绝对值越大则氢化物越稳定。
氢溶于ⅥA~ Ⅷ (Pd 除外) 族金属时为 吸热反应(△H>0), △H越大则氢化物越不稳定，氢 在这些元素中的溶解度很小,通常条件下不形成氢 化物.
通常要求储氢合金的生成热为:
④储氢材料的导热性
在反复吸储和释放氢的过程中, 形成微粉层使导热性能很差, 氢的可逆 反应的热效应要求将其及时导出.
⑤滞后现象和平域
用于热泵系统的储氢材料,滞 后现象应小,平域宜宽.
⑥安全性
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贮氢合金
2. 储氢材料的种类
镁系贮氢合金
三
稀土贮氢合金
大 系
贮氢合金的分类 （按合金系统）
钛系贮氢合金
改变温度和压力条件可使反应按正向、逆向反 复进行，实现材料的稀释氢功能。
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根据Gibbs相率，压力-浓度等温线（PCT曲线）如下图所示：
平台压力
PCT曲线横轴固相中氢与金属原子比,纵轴氢压
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O一A:为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶
体;其固溶度[H]M与固溶体平衡氢压的平方根成正比：1
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⑶ 钛系贮氢合金 钛系贮氢合金
贮氢合金
钛铁系合金 钛镍系合金 钛锰系合金 钛锆系合金
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钛系合金
Ti-Ni: TiNi, Ti2Ni, TiNi-Ti2Ni, Ti1-yZryNix, TiNi-Zr7Ni10, TiNiMm
Ti-Fe: 价廉,储氢量大,室温氢分解压只有几个 大气压,很合乎使用要求.但是活化困难,易中毒. 美Brookhaven国家实验室首先发明
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贮氢合金
氢在金属中的吸收和释放，取决于金属和氢的相 平衡关系，影响相平衡的因素为温度、压力和组 成。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属 氢化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的 控制）
M+xH2→MHx+△H (生成热，＜0)
金属与氢的反应是一个可逆过程。
正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、吸热。
采用混合稀土(La,Ce,Sm)Mm 替代La可 有效降低成本, 但氢分解压升高,滞后压差大, 给 使用带来困难.
采用第三组分元素M(Al,Cu,Fe,Mn,Ga,In, Sn,B,Pt,Pd,Co,Cr,Ag,Ir) 替代部分 Ni 是改善 LaNi5和MmNi5储氢性能的重要方法.