镁系储氢合金_镁基储氢合金价格

1.董小平的主要教学与学术成果

2.储氢材料镧镍合金是什么？

3.以储氢合金LaNi5为例说明储氢机理

4.什么是储氢合金的表面中毒？如何解决这一问题？

5.储氢材料概述

董小平的主要教学与学术成果

出版教材　　1、金属工艺学，河北大学出版社，2010年6月出版；（主编）　　2、汽车电气设备检测与维修，河北大学出版社，2010年6月出版；（参编）　　3、汽车发动机构造与维修，河北大学出版社，2010年6月出版；（参编）　　主要学术论文　　董小平，杨丽颖，耿晓光，王少恺. La-Mg-Ni系合金循环容量衰减的机理,电池，2011,41(1):11-14.　　董小平, 杨丽颖, 李小亭, 马力辉, 林玉芳, 赵栋梁. 退火方式对La0.75Mg0.25Ni3.44Co0.2Al0.03Ti0.03合金的电化学性能影响, 材料热处理学报. 2010　　董小平，杨丽颖，林玉芳，张羊换，王新林. 制备工艺对La0.80 Mg0.20 Ni3.75合金电极性能的影响, 稀有金属与硬质合金.　　董小平, 张羊换, 吕反修, 杨丽颖, 王新林. 退火对La0.75Mg0.25Ni3.5Cox (x=0, 0.6)合金结构与电化学性能影响. 功能材料.　董小平, 吕反修, 张羊换, 杨丽颖, 王新林. 退火温度对La0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2合金结构与电化学性能影响. 中国稀土学报.　　董小平, 张羊换, 杨丽颖, 冯猛, 吕反修, 王新林. 充放电制度对贮氢合金电极性能影响. 电池　　董小平, 吕反修, 张羊换, 王新林. La-Mg-Ni系贮氢合金结构与电化学性能. 电池　　承担课题　1、动力型La-Mg-Ni系贮氢合金相间电化学腐蚀与循环性能的关联研究，（主持），河北省自然科学基金项目，立项时间：2010年1月，在研　　2、动力型A2B7型La-Mg-Ni系贮氢合金循环稳定性研究，（主持），河北大学自然科学研究计划项目，立项时间：2009年3月，在研。　　3、快淬La-Mg-Ni系贮氢合金电化学循环稳定性研究，（主研之一），国家自然科学基金项目，立项时间：2008年1月，已结项　　4、特种工艺制备燃料电池用高容量纳米晶/非晶镁基复合贮氢材料，（主研之一）；国家高技术研究发展计划（即863）计划项目，立项时间：2007年1月，已结题　　5、高容量非晶/纳米晶La-Mg-Ni系AB3型复相贮氢合金及制备工艺，（参与者），国家高技术研究发展计划（即863）计划项目，立项时间：2006年1月，已结题。　　6、异种金属焊接接头腐蚀工程技术研发，（主研之一），（横向项目），立项时间：2010,年5月，在研。　　7、清槽机刀架及刀具的改进设计，（主研之一），（横向项目），立项时间：2011,年3月，在研。　　8、车载稀土-镁基储氢合金电极失效机理研究，（指导教师），河北大学大学生科技创新项目，立项时间：2010年6月，已结题。　　9、多相镧镁镍合金的相间电化学腐蚀与循环性能研究，（指导教师），河北大学大学生科技创新项目，立项时间：2011年5月，在研。　　主要学术会议　　2006年，6月25-30日，参加中国材料研究学会主办的2006北京国际材料周（BIMW)研讨会，并发表论文；　　2007年， 10月12-16日，中国材料研究学会青年委员会主办的第四届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十一届全国青年材料科学技术研讨会，并发表论文。　　2009年，10月26~29日，参加热处理学会主办的第六届中国热处理活动周学术研讨会，并做关于“镧镁镍系贮氢合金的结构与性能”的学术报告。

储氢材料镧镍合金是什么？

镧镍合金其实是稀土系储氢材料，这类合金以LaNi5为代表，也称稀土类储氢合金。目前国内多家科研机构在进行这方面的研究，主要是以混合稀土代替纯金属La，以Co、Mn、Al、Si、Ti等元素代替部分Ni，以获得较高的充放电性能及使用寿命。这类合金的显著特点是它具有优良的吸放氢特性和耐久性，它的缺点在于储氢量较小(理论上1.3wt%)，目前虽达到了300～320mAh/g的性能，已接近其理论容量(350mAh/g)，但从长远的角度看还不能满足动力电池的需要。

以储氢合金LaNi5为例说明储氢机理

镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料。

20世纪70年代以来，在氢能研究中发现某些过渡金属合金具有可逆吸放氢的功能，如镧镍金属间化合物：LaNi5＋3H2LaNi5H6，可用这类合金材料作为储氢材料，来装载和运输氢气。

储氢材料有三个重要系列：镍基合金，如 LaNi6、LnNi5(Ln为混合稀土元素)、LaNi4Cu等；铁基合金，如TiFe、Ti(Fe1-xMnx)、Ti(Fe1-xNix) 等；镁基合金,如Mg2Cu、Mg2Ni等。

金属或合金(用M代表)与氢作用可以生成金属氢化物(MHn)。其反应方程式为： M+nH2=MHn+△H(生成热)

该反应是一个可逆过程、正向反应时，金属吸氢，并放出热量；逆向反应时，金属氢化物释氢，吸收热量。这样，只需要改变温度与压力，就能使反应向正向或逆向反复进行。达到金属(合金)储氢或释氢的日的。当然，不是任何金属或合金都只有上述的功能，所以发现合适的金属和合金是获得储氢材料的关键问题了。

什么是储氢合金的表面中毒？如何解决这一问题？

金属或合金，表面总会生成一层氧化膜，还会吸附一些气体杂质和水分。它们妨碍金属氢化物的形成,这种现象称为'中毒'，因此必须进行活化处理。有的金属活化十分困难，因而限制了储氢金属的应用。

金属氢化物的生成伴随着体积的膨胀，而解离释氢过程又会发生体积收缩。经多次循环后，储氢金属便破碎粉化，使氢化和释氢渐趋困难。例如具有优良储氢和释氢性能的LaNi5，经10次循环后，其粒度由20目降至400目。如此细微的粉末，在释氢时就可能混杂在氢气中堵塞管路和阀门。金属的反复胀缩还可能造成容器破裂漏气。虽然有些储氢金属有较好的抗粉化性能，但减轻和防止粉化仍是实现金属氢化物储氢的前提条件之一。

杂质气体对储氢金属性能的影响不容忽视。虽然氢气中夹杂的O2、CO2、CO、H2O等气体的含量甚微，但反复操作，有的金属可能程度不同地发生中毒，影响氢化和释氢特性。

多数储氢金属的储氢质量分数仅1.5~4%，储存单位质量氢气，至少要用25倍的储氢金属，材料的投资费用太大。由于氢化是放热反应（生成焓），释氢需要供应热量（解离焓），实用中需装设热交换设备，进一步增加了储氢装置的体积和重量。因此这一技术走向实用和推广，仍有大量课题等待人们去研究和探索。

储氢材料概述

Fuel Cell R&D Center

Seminar I

Dalian Institute of Chemical Physics

储氢材料概述

报告人: 赵 平

指导教师: 张华民 研究员

Fuel cell R&D center

Dalian Institute of Chemical Physics

Chinese Academy of Science

2004年4月

Seminar I

一,绪言

氢-二十一世纪

的绿色能源

1.1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动植物的生存!!!

人类的出路何在 -新能源研究势在必行!!!

1.2 氢能开发,大势所趋

氢是自然界中最普遍的元素,资源无穷无尽-不存在枯竭问题

氢的热值高,燃烧产物是水-零排放,无污染 ,可循环利用

氢能的利用途径多-燃烧放热或电化学发电

氢的储运方式多-气体,液体,固体或化合物

1.3 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

车用氢气存储系统目标:

IEA: 质量储氢容量>5%; 体积容量>50kg(H2)/m3

DOE : >6.5%, > 62kg(H2)/m3

二,不同储氢方式的比较

气态储氢:

能量密度低

不太安全

液化储氢:

能耗高

对储罐绝热性能要求高

二,不同储氢方式的比较

固态储氢的优势:

体积储氢容量高

无需高压及隔热容器

安全性好,无爆炸危险

可得到高纯氢,提高氢的附加值

2.1 体积比较

2.2 氢含量比较

三,储氢材料技术现状

3.1 金属氢化物

3.2 配位氢化物

3.3 纳米材料

金属氢化物储氢特点

反应可逆

氢以原子形式储存,固态储氢,安全可靠

较高的储氢体积密度

Abs.

Des.

M + x/2H2

MHx + H

Position for H occupied at HSM

Hydrogen on Tetrahedral Sites

Hydrogen on Octahedral Sites

3.1 金属氢化物储氢

目前研制成功的:

稀土镧镍系

钛铁系

镁系

钛/锆系

稀土镧镍系储氢合金

典型代表:LaNi5 ,荷兰Philips实验室首先研制

特点:

活化容易

平衡压力适中且平坦,吸放氢平衡压差小

抗杂质气体中毒性能好

适合室温操作

经元素部分取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土,主要成分La,Ce,Pr,Nd)广泛用于镍/氢电池

PCT curves of LaNi5 alloy

钛铁系

典型代表:TiFe,美Brookhaven国家实验室首先发明

价格低

室温下可逆储放氢

易被氧化

活化困难

抗杂质气体中毒能力差

实际使用时需对合金进行表面改性处理

PCT curves of TiFe alloy

TiFe(40 ℃)

TiFe alloy

Characteristics:

two hydride phases;

phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 )

2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04

2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95

镁系

典型代表:Mg2Ni,美Brookhaven国家实验室首先报道

储氢容量高

资源丰富

价格低廉

放氢温度高(250-300℃ )

放氢动力学性能较差

改进方法:机械合金化-加TiFe和CaCu5球磨,或复合

钛/锆系

具有Laves相结构的金属间化合物

原子间隙由四面体构成,间隙多,有利于氢原子的吸附

TiMn1.5H2.5 日本松下(1.8%)

Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4

活性好

用于:氢汽车储氢,电池负极Ovinic

3.2配位氢化物储氢

碱金属(Li,Na,K)或碱土金属(Mg,Ca)与第三主族元素(B,Al)形成

储氢容量高

再氢化难(LiAlH4在TiCl3, TiCl4等催化下180℃ ,8MPa氢压下获得5%的可逆储放氢容量)

金属配位氢化物的的主要性能

℃

3.3碳纳米管(CNTs)

1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs

纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河

单壁纳米碳管束TEM照片

多壁纳米碳管TEM照片

纳米碳管吸附储氢:

Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR,RT,10MPa)

纳米碳管电化学储氢

开口多壁MoS2纳米管及其循环伏安分析

循环伏安曲线

纳米碳管电化学储氢

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多壁纳米碳管电极循环充放电曲线,经过100充放电后_ 保持最大容量的70%

单壁纳米碳管循环充放电曲线,经过100充放电后 保持最大容量的80%

碳纳米管电化学储氢小结

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纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为 1157mAh/g,相当于4.1%重量储氢容量.经过100充放电后,其仍保持最大容量的70%.

单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g,相当于1.84%重量储氢容量.经过100充放电后,其仍保持最大容量的80%.

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纳米材料储氢存在的问题:

世界范围内所测储氢量相差太大:0.01(wt ) %-67 (wt ) %,如何准确测定

储氢机理如何

四,结束语-氢能离我们还有多远

氢能作为最清洁的可再生能源,近10多年来发达国家高度重视,中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究

氢能汽车在发达国家已示范运行,中国也正在筹划引进

氢能汽车商业化的障碍是成本高,高在氢气的储存

液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车-安全性和成本

大多数储氢合金自重大,寿命也是个问题;自重低的镁基合金很难常温储放氢,位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究,

碳材料吸附储氢受到重视,但基础研究不够,能否实用化还是个问号

氢能之路-前途光明,道路曲折!