储氢材料研究进展

氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属(合金)储氢、碳基储氢、有机液体储氢、络合物储氢、硼烷氨储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。     

储氢材料发展现状

氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源。被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，氢的存储是目前制约氢能发展的关键因素之一。本文主要介绍了储氢合金、碳质储氢材料、络合物储氢材料、改性四氧化三铁储氢材料等数种储氢材料的发展现状，简单介绍其储氢机理和应用前景。     

高容量储氢材料的研究进展

氢能是一种理想的二次能源.氢能开发和利用需要解决氢的制取、储存和利用3个问题,而氢的规模储运是现阶段氢能应用的瓶颈.氢的储存方法有高压气态储存、低温液态储存和固态储存等3种.固态储氢材料储氢是通过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中,其能量密度高且安全性好,被认为是最有发展前景的一种氖气储存方式.由轻元素构成的轻质高容量储氢材料,如硼氢化物、铝氢化物、氨摹氢化物等,理论储氢容量均达到5%(质量分数)以上,这为固态储氢材料与技术的突破带来了希望.新型储氢材料未来研究的重点将集中于高储氢容量、近室温操作、可控吸/放氢、长寿命的轻金属基氢化物材料与体系.     

储氢技术及其关键材料研究进展

氢能是未来能源结构中最具发展潜力的能源载体,氢的廉价制备、安全高效储送以及大规模应用是当今研究的重点,而氢能的储存是其中的关键性问题.本文综述了目前主要的储氢技术和储氢材料,如高压气态储氢、低温液态储氢、合金储氢、有机液体氢化物储氢、碳质材料储氢和金属有机骨架类聚合物储氢等,并对未来的研究方向进行了展望.     

稀土储氢材料的研究进展

稀土储氢材料具有易活化,吸放氢平台平坦、压力适中、压差小,抗杂质气体中毒性能好,适合室温操作等优点,作为镍氢二次电池(Ni/MH)电极材料被广泛应用,在氢燃料电池领域作为安全高效的储氢材料也发挥着越来越重要的作用。综述了目前面向应用的LaNi₅型和超晶格型稀土储氢材料近些年的主要研究进展,重点介绍了组分优化、结构控制和性能衰减机理方面的研究,最后讨论了稀土储氢材料应用面临的挑战和未来的发展方向。我国稀土资源丰富,大力拓展稀土储氢材料在氢能和二次电池产业的应用,对我国稀土资源的综合利用具有重大的战略意义。     

高压复合储氢罐用储氢材料的研究进展

氢能因来源广、无污染、热值高等特点成为解决能源问题的重要方案。随着燃料电池技术的发展,氢能在车载方面的应用得到进一步拓宽,但氢气的加注、存储问题成为限制氢能汽车发展的瓶颈之一。实现氢气安全高效的存储是氢能规模化应用的关键。目前主要的储氢方式有高压气态、低温液态、固态。通过增加氢气压力和提高容器材料的比强度,可有效提高气态储氢系统的质量储氢密度,但由于气体分子间作用力的影响,高压气态储氢的体积储氢密度较低。同时过高的氢压对安全储氢罐的设计和成本也是一大挑战。通过加压、降温液化氢气实现的液态储氢拥有理想的质量储氢密度和体积储氢密度,但保存液态氢对设备要求十分苛刻,且液化氢气所需能耗为氢燃烧热值的40%,得不偿失。固态储氢方式将氢以原子、离子的形式存储于氢化物中,因此固态储氢材料的体积储氢密度可观,且材料吸/放氢条件温和,安全性高,但固态储氢材料的质量储氢密度不占优势。高压复合储氢罐将高压储氢技术与固态储氢材料相结合,同时拥有气态储氢与固态储氢的优势,是实现安全高密度储氢的有效途径。通过气-固复合的储氢方式,可有效提升高压储氢罐的体积储氢密度,减小储氢罐体积,降低充氢压力,提高安全性。而发展在高压条件下具有良好充/放氢特性的储氢材料是提升高压复合储氢罐性能的关键。TiCr2基、ZrFe2基AB2型合金是主要的高压储氢合金,对它们的研究集中在通过利用不同原子半径、电子结构的合金元素进行A侧和/或B侧元素替代,实现对合金平台压、容量、吸放氢动力学性能的有效调控。但TiCr2基、ZrFe2基储氢合金的质量储氢密度仍然偏低,相比之下,NaAlH4与AlH3具有高的储氢密度,是潜在的高压储氢材料。通过纳米化、掺杂催化剂等手段能够有效降低NaAlH4的脱氢温度,提高其循环稳定性;通过球磨、改善溶剂等方法可提升AlH3的合成产率、改善其结晶性。本文简要介绍了高压复合储氢罐的原理及对高压储氢材料的主要性能要求,着重评述了间隙型储氢合金(TiCr2、ZrFe2)、铝基金属氢化物(NaAlH4、AlH3)两类高压储氢材料的结构、性能特点及研究进展。     

金属合金及碳材料储氢的研究进展

论述了金属合金和碳材料的储氢机理、吸放氢量和动力学性能;探讨了活性金属Ni、Pd、Li和K对碳材料储氢的催化性能和金属Mg与多壁纳米碳管、碳纳米纤维、高比表面积活性炭、无烟煤和纳米石墨等碳材料复合储氢的性能及机理;指出了储氢材料应该向Li、Na、Mg、Al、B等轻元素和无烟煤、石墨等储量大、赋存广、成本低的碳材料方向发展.     

镁基储氢复合材料的研究进展

综述了镁基储氢复合材料开发和研究的最新进展，重点介绍了稀土／镁基储氢复合材料和镍／镁基储氢复合材料的主要种类、吸放氢性能和相关的制备工艺，简要分析了钛、铁、钒、锆／镁基储氢材料的研究现状和存在的问题，讨论了镁基储氢复合材料在储氢电极材料方面的应用前景。     

储氢材料

直接关系到燃料电池汽车行走距离的储氢技术，目前的现状不论是采取压缩氢、液体氢还是储氢材料的任何方式，并不是能在容器的容量、重量、能量效率、成本等所有方面都能得到满足。氢是体积非常大的燃料。每单位质量的氢的发热量约是汽油的3倍。     

高容量储氢材料的研究进展

高容量储氢材料在燃料电池和储热等方面有着良好的潜在应用.从高体积密度(kg/m3)和高储氢质量分数两个方面综述了高容量储氢材料的国内外研究近况.从材料组成、制备工艺、材料的组织结构以及催化剂应用等方面重点评述了Mg2FeH6、LiBH4、NaBH4、LiAlH4、NaAlH4等储氢材料的研究进展,指出高容量储氢材料今后中长期研究的重点是NaAlH4、Mg2 FeH6等络合氢化物以及催化剂.     

储氢材料的研究发展现状

简要介绍了合金、碳纳米管、络合物等几种主要储氢材料的储氢原理和近期研究进展。讨论了各类材料的储氢功能特点,认为进行催化复合掺杂、控制储氢材料的显微结构是提高材料储氢性能的关键。     

氢溢流在多孔材料储氢性能研究中的应用

多孔材料的储氢性能研究是氢能经济发展的重要课题之一,然而其室温下的储氢性能还不能满足氢存储系统的所有要求。氢溢流被证明是提高多孔材料在室温下储氢性能的有效方法。主要从氢溢流产生的方法及其优缺点,氢溢流在碳基纳米材料、沸石、金属有机骨架和共价有机骨架等多孔材料储氢性能研究中的最新动态进行了详细综述,并指出了当前存在的问题和今后的发展方向。     

新型能源载体-储氢材料研究进展

综述了近年来储氢材料的研究进展,介绍了储氢材料应用并指出储氢材料发展趋势.     

A combinatorial characterization scheme for high-throughput investigations of hydrogen storage materials

In order to increase measurement throughput, a characterization scheme has been developed that accurately measures the hydrogen storage properties of materials in quantities ranging from 10 ng to 1 g. Initial identification of promising materials is realized by rapidly screening thin-film composition spread and thickness wedge samples using normalized IR emissivity imaging. The hydrogen storage properties of promising samples are confirmed through measurements on single-composition films with high-sensitivity (resolution <0.3 μg) Sievert’s-type apparatus. For selected samples, larger quantities of up to ∼100 mg may be prepared and their (de)hydrogenation and micro-structural properties probed via parallel in situ Raman spectroscopy. Final confirmation of the hydrogen storage properties is obtained on ∼1 g powder samples using a combined Raman spectroscopy/Sievert’s apparatus.     

A combinatorial characterization scheme for high-throughput investigations of hydrogen storage materials

Abstract

In order to increase measurement throughput, a characterization scheme has been developed that accurately measures the hydrogen storage properties of materials in quantities ranging from 10 ng to 1 g. Initial identification of promising materials is realized by rapidly screening thin-film composition spread and thickness wedge samples using normalized IR emissivity imaging. The hydrogen storage properties of promising samples are confirmed through measurements on single-composition films with high-sensitivity (resolution <0.3 μg) Sievert’s-type apparatus. For selected samples, larger quantities of up to ～100 mg may be prepared and their (de)hydrogenation and micro-structural properties probed via parallel in situ Raman spectroscopy. Final confirmation of the hydrogen storage properties is obtained on ～1 g powder samples using a combined Raman spectroscopy/Sievert’s apparatus.     

核壳结构纳米镁基复合储氢材料研究进展

氢能的有效开发和应用主要需解决氢的安全、高效储运瓶颈问题。MgH_2具有高储氢容量、资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是最具发展前途的一类储氢材料。但是,MgH_2较高吸放氢温度和较慢吸放氢速率限制了其实际应用。核壳结构纳米镁基储氢材料有助于材料储氢性能的改善,目前已取得了大量成果。本文针对国内外纳米镁基核壳结构储氢体系研究现状,归纳了该类储氢材料的制备方法,重点阐述和总结了其吸放氢热力学动力学性能、微观结构、物相变化,并对该领域的研究成果和方向进行了总结和展望,指出调控核壳结构镁基材料的纳米尺寸、添加高效纳米催化剂及其综合协同作用是镁基储氢材料领域未来的研究趋势和重要研究方向。     

新型稀土镁基贮氢电极合金的结构与性能

系统研究了La0．7Mg0．3(Ni0．85Co0.15)x(x=2．5，3．0，3．5，4．0，4．5，5．0)贮氢电极合金的结构和储氢性能．该类型合金由(La，Mg)Ni3相(PuNi3型结构)和LaNi5相(CaCu5型结构)组成，两相的a轴参数和晶胞体积都随着x值的增大而减小．(La，Mg)Ni3相的丰度先从x=2．5时的48．4％增加到x=3．5时的78．2％，然后又减小到x=5．0时的12．2％，而LaNi5相的丰度在x=2．5-3．5时基本保持不变(-20％)，在x=4．0时突然增加到71.9％．合金的吸氢量从x=2．5时的0．86％(质量分数)增加到x=3．5时的1．50％然后又减小到x=5．0时的1．19％．合金的放氢平台压力在x=2．5-3．5时保持基本不变(-65．9kPa)，然后逐渐增加到x=5．0时的0．30MPa．随着x的增加，吸放氢过程的滞后效应先增大后减小，而合金的放氢平台变得更加平坦．     

配位氢化物储氢合金的研究现状

配位氢化物储氢合金是最近几年发展起来的新型储氢合金，和稀土系AB5型、AB2、镁基和Fe-Ti系储氢材料相比，配位氢化物储氢合金的储氢量要明显高于前者。针对目前研究较多的NaAlH4、LiAlH4、LiBH4和Li2NH储氢合金的研究现状进行了概述。