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储氢金属原理及意义

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发布日期:2018-05-07 浏览次数:20915
核心提示:本文对储氢原理、储氢意义及发展方向进行了分析研究,储氢金属材料有效的解决了氢气的储存和运输问题,作为动力之源,利用储氢金属,加强储氢应用技术与研究,提高能源技术发展。详细内容,请阅读文章!

随着生态的发展建设,一些金属化合物具有异乎寻常的储氢能力,如稀土类化合物(LaNi5)、钛系化合物(TiFe)、镁系化合物(Mg2Ni)以及钒、铌、镐等金属合金。这些化合物可以像海绵吸水一样大量吸收氢气, 并且安全可靠, 人们形象地称之为储氢金属。

一、储氢原理

研究证明,储氢金属之所以能吸氢是因为它和氢气发生了化学反应。首先氢气在其表面被催化而分解成氢原子,然后氢原子再进入金属点阵内部生成金属氢化物,这样就达到了储氢的目的。由于这个反应是一个可逆反应,M(金属,固相)+H2(气相,PH2氢压力)

储氢技术

 MHX(金属氢化物,固相)。所以,在使用时可制氢气的释放。

称得上“储氢合金”的材料就像海绵吸水那样能可逆地吸放大量氢气。一旦氢与储氢合金接触, 即能在其表面分解为H 原子, 然后H 原子扩散进入合金内部直到与合金发生反应生成金属氢化物。此时, 氢即以原子态储存在金属结晶点内(四面体与八面体间隙位置)。在一定温度和氢压条件下的这一吸、放氢反应式可以写成:

氢原理

合金吸氢时放热, 放氢时吸热。

从上述的简单描述中我们可以进一步概括归纳出这种储氢技术的特点和适合的应用领域。

储氢合金对氢具有选择吸收特性, 只能吸氢而不能吸收(或极少吸收)其它气体, 这使其具备了提纯或分离氢气的功能。氢化反应后氢是以原子态(而不是分子)方式储存, 故储氢密度高, 安全性好, 适于大规模氢气储运。

二、储氢意义

一个单位体积的储氢金属材料, 可以吸收自身体积1300倍的氢气( 标准状态),较好地解决了氢气的储存和运输问题。其意义十分深远,一是使占地球表面79%的浩瀚海洋有可能成为人类的动力之源。二是由于储氢金属材料储氢密度大、压力低,所以可以做成小型储氢容器直接装在某些实验设备用作氢源( 如氢原子钟)。三是利用储氢金属放氢吸热、吸氢放热的特性, 可以获得液氢温度并用以制成无振动制冷机,在军工和航天上具有重要应用。四是利用储氢金属放氢压力随温度大幅度变化的特性可以制成没有振动的压缩机。人类还可以把储氢金属用作燃料电池的电极从而制成发电装置。总之,储氢金属是一种新型功能材料, 其应用领域是十分广泛的。

储氢1

三、发展方向

金属储氢材料可分为两大类,一类是合金氢化物材料,另一类是金属配位氢化物材料。某些金属或合金与氢反应后以金属氢化物形式吸氢,生成的金属氢化物加热后释放出,利用这一特性储氢,其储氢密度可达标准状态下氢气的1000 倍, 与液氢相同甚至超过液。迄今为止, 趋于成熟和具备实用价值的金属氢化物储氢材料主要有稀土系、Laves 相系、镁系和钛系四大系列。

金属储氢材料应用技术研究的需要,未来有如下几点可能的发展方向:

①目前乃至未来相当长一段时期内,金属储氢材料处于一个发展较为缓慢的平台区,其工作重点集中于金属储氢材料的工程化探索研究及高性能金属储氢材料结构、形态与性能之间的相关性研究。

②近期金属储氢材料在民用方面的研究将主要立足于氢燃料电池的工程化应用,主要应用方向在清洁燃料汽车(“零排放”汽车) 、助动车、通讯工具( 手机、电脑等) 、电动工具等,且今后将开展氢能发电方面的探索研究,为全球性石化燃料危机提供替代能源。

储氢

③未来金属储氢材料在军用方面的研究将依据技术交叉融合、优势互补的趋势,重点开发适合于高性能火炸药发展的高活性金属储氢材料。其近期的研发重点主要为A l H 3、M g H 2 等储氢材料在高能炸药( 包括云雾爆轰炸药) 、高能固体推进剂中的应用;远期的研发重点将结合纳米技术、合金技术等相关学科、相关专业的发展,以实现炸药、固体推进剂能量水平的跨越式提高。

综上所述,加强储氢应用技术研究发展,采用机械合金化工艺掺杂催化元素Pd, 可改善材料的活化性能和吸放氢性能,储氢合金的研究得到了更大的发展空间,提高了合金的氢化性能。改善合金的储氢性能。

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