由于贮氢材料具有上述特性,用它储运氢气既轻便又安全,不仅无爆炸危险,还有可贮存时间长又无损耗等优点。但要实现氢能源体系,氢的贮存问题首先要顺利解决,因此研究贮氢材料特别重要。主要是镧镍合金,其吸氢性好,容易活化,在40℃以上放氢速度好,但成本高。贮氢材料多为易与氢起作用的某些过渡族金属、合金或金属间化合物。由于这些金属材料具有特殊的晶体结构,使得氢原子容易进入其晶格的间隙中并与其形成金属氢化物。
储氢材料的储氢原理
储氢材料的储氢原理如下:
某些过渡金属、合金和金属间化合物,由于特殊的晶体结构,使氢原子容易进入其晶格间隙中并形成金属氢化物,因此储氢量很大,可贮存比其本身体积大1000~1300倍的氢,当加热时氢就能从金属中释放出来。氢在金属中的这种吸入和释放,取决于金属和氢的相平衡关系并受温度、压力和组分的制约。
通常,贮氢材料的贮氢密度都很大,比标准状态下的氢密度(5.4×1019at/cm3)高出几个数量级,甚至比液氢的密度(4.2×1022at/cm3)还高。由于贮氢材料具有上述特性,用它储运氢气既轻便又安全,不仅无爆炸危险,还有可贮存时间长又无损耗等优点。
氢,普遍被认为是人类最理想的清洁的高密度能源,燃烧时只产生水而没有污染物,对环境保护有利。但要实现氢能源体系,氢的贮存问题首先要顺利解决,因此研究贮氢材料特别重要。
已实用和研究发展中的贮氢材料主要有:
1、镁系贮氢合金。主要有镁镍、镁铜、镁铁、镁钛等合金。具有贮氢能力大(可达材料自重的5.1%~5.8%)、价廉等优点,缺点是易腐蚀所以寿命短,放氢时需要250℃以上高温。
2、稀土系贮氢合金。主要是镧镍合金,其吸氢性好,容易活化,在40℃以上放氢速度好,但成本高。
3、钛系贮氢合金。有钛锰、钛铬、钛镍、钛铁、钛铌、钛锆、钛铜及钛锰氮、钛锰铬、钛锆铬锰等合金。其成本低,吸氢量大,室温下易活化,适于大量应用。
4、锆系贮氢合金。有锆铬、锆锰等二元合金和锆铬铁锰、锆铬铁镍等多元合金。在高温下(100℃以上)具有很好的贮氢特性,能大量、快速和高效率地吸收和释放氢气,同时具有较低的热含量,适于在高温下使用。
5、铁系贮氢合金。主要有铁钛和铁钛锰等合金。其贮氢性能优良、价格低廉。
拓展知识:
贮氢材料(hydrogen storage material)是在一般温和条件下,能反复可逆地(通常在一万次以上)吸入和放出氢的材料。又称贮氢合金或储氢金属化合物。这种材料在一定温度和氢气压强下能迅速吸氢,适当加温或减小氢气压强时又能放氢。
贮氢材料多为易与氢起作用的某些过渡族金属、合金或金属间化合物。由于这些金属材料具有特殊的晶体结构,使得氢原子容易进入其晶格的间隙中并与其形成金属氢化物。其贮氢量可达金属本身体积的1000~1300倍。氢与这些金属的结合力很弱,一旦加热和改变氢气压强,氢即从金属中释放出来。