氢能及金属基储氢材料

氢是理想的新能源，本文根述了近二十年国内外对储氢材料的研究进展，介绍了某些有应用价值储氢材料的储氢性能和应用。     

一种应用于氢能产业一体化的新型多功能盐穴储氢库

为实现“双碳”目标,解决氢能大规模储存难题,结合我国氢能发展趋势,首次提出了包含盐穴储氢库的三种发展情景下的氢能“制-储-用”一体化方案：①情景一为盐穴储存绿氢,用以燃料电池及炼钢炼铁领域的应用;②情景二为盐穴储存绿氢及CO2-O2混合气体,用于地面合成甲烷及甲烷富氧燃烧发电;③情景三为盐穴储存合成甲烷,用以除发电以外的其他用途。从盐穴储氢库全生命周期的角度,分析了储氢库在三种发展情景下的作用,首次提出了多功能储氢库的概念：可起到废电利用、电力平衡、氢能安全高效储存、CO2减排等多项作用。以昆明市安宁盐矿及云南省为例,结合云南省水电为主的电力结构,分析了多功能盐穴储氢库在情景一、二中的建设需求：①情景一,采用绿氢直接炼钢炼铁工艺,需电解绿氢约60万吨,配套多功能盐穴储氢库总气量1.3亿m3,可实现昆钢减排1307吨;②情景二,针对云南未来电力季节性缺额问题,假设甲烷富氧发电厂提供半年枯期电力,装机200MW,仅需建设多功能盐穴储氢库总库容478万m3,可消纳水电5.34亿度,提供枯期发电量2.88亿度。     

碳纳米管储氢的研究

氢能是一种洁净的可再生能源,要作为一种常规能源,其储存很关键。碳纳米管孔结构丰富,比表面积大,其储氢安全、成本低、寿命长,而且吸放氢条件温和。众多的实验研究结果和理论分析展示出碳纳米管储氢具有良好的应用前景,以后研究面临的非常重要的问题就是要实现其常温、适当压力下大量储氢。     

镁基储氢材料的研究进展

镁基储氢材料以吸氢量大、资源丰富、价格低廉、质量轻和无污染而被认为是最有发展前途的固态储氢材料之一.本文从镁基储氢材料的研究历史及现状出发.对其分类及制备、研究进展等进行了综述,并对其广阔的发展前景进行了展望.     

金属储氢材料理论研究综述

氧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,也是氢的储存和输送过程中的重要载体,综述了目前已采用或正在研究的金属储氢材料的理沦研究情况,如镧基、镁基、Li-N-H等储氢材料,并指出其研究趋势.     

金属基热界面材料研究进展

随着芯片向小型化、集成化和高功率化发展,其在工作时产生的热量增多,若产生的热量不能及时传递到外部,会严重影响电子元件的性能和使用寿命。热界面材料是电子元件散热结构中重要的组成部分,其主要作用是填充电子元件与散热器之间的空气间隙,使电子元件产生的热量快速转移,降低界面热阻。综述了现有热界面材料的种类和特点,详细介绍了金属基热界面材料的类型与性能特征、研究现状及存在的问题等,并对低熔点金属基热界面材料的发展进行了展望。     

新型储氢材料Li-Mg-N-H体系的储放氢性能研究

采用机械球磨LiNH2/MgH2混合物(摩尔比2/1.1)制备一种新型储氢材料Li-Mg-N-H.在氩气保护下,将样品分别球磨2 h(1 #)、5 h(2#)和10 h(3#).DSC测试结果表明,3种样品均可在170℃左右开始快速放氢,且随着球磨时间增加,放氢温度呈下降趋势.吸放氢测试结果显示200℃时,样品在6 MPa最大吸放氢量为4.4%,0.1 MPa放氢压力条件下最大放氢容量为3.39%,上述反应在1 h内可完成总量的80%以上;随着球磨时间增加,样品活性增大,首次吸放氢循环即可达到最大容量,但球磨时间过长导致样品吸放氢容量的下降.运用XRD考察了样品吸放氢循环前后的物相变化.     

金属储氢材料与材料设计研究进展

基于储氢材料在氢能利用中的重要作用,通过从材料结构角度,对当前晶态储氢合金、非晶储氢合金、纳米储氢合金三大类金属储氢材料的研究现状和存在问题进行总结和分析,探讨了合金相图和现代材料设计方法在金属储氢材料研究中的作用和地位.当前研究工作表明,非平衡态结构调控是获得高性能储氢合金的有效途径.基于原子尺度的材料计算与设计,对新型金属储氢合金的研究和储氢机理探讨具有重要作用.     

金属有机骨架储氢材料

由美国国家标准技术研究院（NIST）、马里兰大学和加州理工学院组成的一个研究组对金属有机骨架结构材料（MOFs）用作储氢材料的可能作出了评价。研究发现,可在适当条件下结合并释放氢的材料具有一些明显的优势。     

MgH2-graphene复合储氢材料吸放氢性能

通过球磨制备MgH2,MgHz-GMgHz-graphene储氢材料,研究石墨烯添加对MgH2吸放氢性能的影响。结果表明,石墨和石墨烯对球磨过程中MgHz的细化有促进作用;石墨和石墨烯的添加对MgH2的吸放氢动力学有良好的改善作用;特别是MgH2-graphene储氢材料有优良的吸放氢性能,在573K下于5,2min内放氢和再吸氢质量分数都为7．0％,且其放氢起始温度较MgH2的低50K。     

高质量密度储氢材料-氨基化合物的合成

采用真空蒸发法制备了氨基化锂LiNH2(+2·LiH)薄膜,即首先将Li真空镀膜到金属基板上,然后经氮化、氢化处理合成LiNH2薄膜.此外,真空蒸发法也用于Mg部分置换Li后薄膜的制备.实验结果证明,与传统的粉末状试样相比,薄膜状试样能够在更低的温度下释放出氢气.研究表明采用包括真空蒸发法等非传统方法合成金属络合物储氢材料对进一步提高其储放氢特性具有良好的效果.     

新型高容量储氢材料的研究进展

新型、高效、洁净的氢能是人类社会可持续发展的绿色能源。而氢气的储存一直是世界难题。储氢材料的研究是氢能源开发的重要课题,也是新材料研究的热点。综述了近几年金属-N-H、氨硼烷、金属-氨硼烷等储氢体系的研究成果,期望尽早开发出储氢量大、吸放氢可逆、成本低、操作条件可控、生命周期长、符合车载要求的储氢材料。     

70 MPa车用轻质高压储氢容器自增强理论建模

高压储氢是目前燃料电池汽车的主要储氢方式.采用碳纤维增强树脂复合材料制成的70 MPa轻质高压储氢容器,容积储氢密度和单位质量储氢密度都较高,是世界各国高压储氢的研究重点.自增强是轻质高压储氢容器制造中的关键工艺.为确定容器整体在各种工况下的应力分布和最佳自增强压力,采用复合材料的层合分析方法,将内衬视为弹塑性材料,纤维树脂复合材料视为各向异性和线弹性材料,建立了容器自增强过程的理论模型.通过有限元分析模拟,数值结果表明该模型可用于轻质高压储氢容器的强度分析和设计计算.     

NaAlH4储氢材料的研究

为了探讨金属配位氢化物能否成为高容量的储氢材料,介绍了金属配位氢化物NaAlH 4的储氢性质、催化反应机理、动力学性质、微观结构等方面的成果,旨在为储氢研究工作者提供有益的参考.结果表明,加大对金属原子的长程转移现象、粒度大小的影响及催化活性的研究,可使金属配位氢化NaAlH 4有望代替过渡金属作为储氢载体;同时,也展望了配位氢化物储氢材料的研究方向及应用前景.     

金属基复合材料的进展,问题与前景展望

综述了金属基复合材料的进展情况，重点阐述了颗粒增强金属基复合材料和金属基复合涂 的进展，包括其性能、现有品种、制备工艺、应用情况，同时报字目前本领域研究存在的问题，如：力学问题、界面问题、热疲劳问题，并在此基础上展望发展前景。     

Mg3La化合物储氢性能及Ni的加入对其性能的影响

用X-ray衍射方法(XRD)研究了Mg3La合金和Mg3LaNi0.1合金吸放氢前后的结构变化.Mg3La合金和Mg3LaNi0.1合金在吸/放氢过程中的压力-组成-等温曲线(PCI)和吸氢动力学曲线表明合金能在室温下吸氢,并且具有良好的吸氢动力学特性,能在4 min之内达到饱和吸氢量的90%;其最大吸氢量分别为质量分数2.89%和2.73%.Mg3La金和Mg3LaNi0.1合金的室温吸氢动力学曲线可用Avrami-Erofeev方程拟合,说明吸氢过程符合形核长大机制.同时也计算了Mg3La-H氢化反应的熵和焓.     

氢化燃烧合成制备镁基储氢材料研究进展

氢化燃烧合成(Hydriding Combustion Synthesis,HCS)针对镁基储氢合金的制备而提出,具有设备简单,省能以及产物活性高等特点.将主要介绍本研究小组近期关于HCS产物TEM、SEM、XPS和AES的研究结果,系统阐明其高活性机理.还将介绍HCS镁基储氢合金经过机械球磨改性后吸放氢动力学性能得到大幅改善,373 K,100 s内达到饱和吸氢量物质的量为4.6%的近期研究结果.     

Mg2FeH6储氢材料的反应机械合金化合成及其放氢性能

以Mg和Fe元素粉末为原料，在双行星式球磨机的氢气气氛中反应球磨，合成Mg2FeH6储氢材料。探讨分别采用Mg和Fe原料配比为化学计量（2：1）和非化学计量（3：1）直接反应球磨，以及采用将Mg和Fe混合粉末在氩气气氛中预磨20h后再通氢反应等球磨方式。研究结果表明：Mg和Fe以非化学计量比（3：1）在氢气气氛中直接球磨所得样品，Mg2FeH6的合成产率最高，达到83．7％；DSC和TGA测试显示样品实际放氢量为2．91％，Mg和Fe以化学计量比（2：1）直接反应球磨得到的Mg2FeH6具有最低的起始放氢温度204．4℃。     

氢能经济与中国发展

氢能经济对于要科学发展的中国至关重要.氢能经济就是以氢能为主要动力源而发展的知识经济.中国正处于工业化发展阶段,仍然是以化石能源为主要动力源而发展的工业经济;但氢能经济如同知识经济一样,离我们并不遥远.我国要在本世纪中叶进入先进国家行列,就应该超前研究氢能经济,做到未雨绸缪.     

金属基复合材料性能及优化研究

金属基复合材料综合了作为基体的金属结构材料和增强物两者的优点,具有高的强度性能和弹性模量、良好的疲劳性能等特点。由于制作工艺相对容易,和价格低廉,颗粒增强金属基复合材料体现出了广泛的商业价值,金属基复合材料首先在航天和航空上得到应用,随着其价格的不断降低,它们在汽车、电子、机械等工业部门的应用也越来越广。为此全球各大公司和研究机构对它的研究和应用开发正多层次大面积地展开。笔者阅读了大量相关文献,进而综述了近些年来国内外学者对金属基复合材料的研究,具有一定的现实意义。