儲氫合金吸氫過程的微觀機理是什麼

『壹』 儲氫合金的其他資料

某些金屬具有很強的捕捉氫的能力，在一定的溫度和壓力條件下，這些金屬能夠大量「吸收」氫氣，反應生成金屬氫化物，同時放出熱量。其後，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來。這些會「吸收」氫氣的金屬，稱為儲氫合金。
儲氫合金的儲氫能力很強。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態氫的1000倍，也即相當於儲存了1000個大氣壓的高壓氫氣。
由於儲氫合金都是固體，既不用儲存高壓氫氣所需的大而笨重的鋼瓶，又不需存放液態氫那樣極低的溫度條件，需要儲氫時使合金與氫反應生成金屬氫化物並放出熱量，需要用氫時通過加熱或減壓使儲存於其中的氫釋放出來，如同蓄電池的充、放電，因此儲氫合金不愧是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。
目前研究發展中的儲氫合金，主要有鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金及稀土系儲氫合金。
儲氫合金不光有儲氫的本領，而且還有將儲氫過程中的化學能轉換成機械能或熱能的能量轉換功能。儲氫合金在吸氫時放熱，在放氫時吸熱，利用這種放熱－吸熱循環，可進行熱的儲存和傳輸，製造製冷或採暖設備。
儲氫合金還可以用於提純和回收氫氣，它可將氫氣提純到很高的純度。例如，採用儲氫合金，可以以很低的成本獲得純度高於99.9999%的超純氫。
儲氫合金的飛速發展，給氫氣的利用開辟了一條廣闊的道路。
儲氫合金，當其用於電池，具有高放電(功率)性能和優異的放電性能，此外，裂化很少，循環壽命生能優異，並可被用於大型電池，尤其是電動車輛、混合動力電動車輛、高功率應用等等。該儲氫合金具有伴隨著儲氫容量(H/M)變化的相變，並且當其儲氫容量 (H/M)落入0.3～0.7或0.4～0.6范圍內時，該儲氫合金處於單一相或接近單一相的狀態。

『貳』 簡述儲氫合金的吸放氫過程，分別是如何進行的，在什麼條件下進行

吸氫：低溫加壓
放氫：高溫低壓

『叄』 金屬貯氫原理

某些過渡金屬、合金和金屬間化合物，由於特殊的晶體結構，使氫原子容易進入其晶格間隙中並形成金屬氫化物，因此儲氫量很大，可貯存比其本身體積大1000～1300倍的氫，當加熱時氫就能從金屬中釋放出來。氫在金屬中的這種吸入和釋放，取決於金屬和氫的相平衡關系並受溫度、壓力和組分的制約。通常，貯氫材料的貯氫密度都很大，比標准狀態下的氫密度(5．4×1019at/cm3)高出幾個數量級，甚至比液氫的密度(4．2×1022at/cm3)還高。由於貯氫材料具有上述特性，用它儲運氫氣既輕便又安全，不僅無爆炸危險，還有可貯存時間長又無損耗等優點。氫，普遍被認為是人類最理想的清潔的高密度能源，燃燒時只產生水而沒有污染物，對環境保護有利。但要實現氫能源體系，氫的貯存問題首先要順利解決，因此研究貯氫材料特別重要。
已實用和研究發展中的貯氫材料主要有：①鎂系貯氫合金。主要有鎂鎳、鎂銅、鎂鐵、鎂鈦等合金。具有貯氫能力大（可達材料自重的5.1%～5.8%）、價廉等優點，缺點是易腐蝕所以壽命短，放氫時需要250℃以上高溫。②稀土系貯氫合金。主要是鑭鎳合金，其吸氫性好，容易活化，在40℃以上放氫速度好，但成本高。③鈦系貯氫合金。有鈦錳、鈦鉻、鈦鎳、鈦鐵、鈦鈮、鈦鋯、鈦銅及鈦錳氮、鈦錳鉻、鈦鋯鉻錳等合金。其成本低，吸氫量大，室溫下易活化，適於大量應用。④鋯系貯氫合金。有鋯鉻、鋯錳等二元合金和鋯鉻鐵錳、鋯鉻鐵鎳等多元合金。在高溫下（100℃以上）具有很好的貯氫特性，能大量、快速和高效率地吸收和釋放氫氣，同時具有較低的熱含量，適於在高溫下使用。 ⑤鐵系貯氫合金。主要有鐵鈦和鐵鈦錳等合金。其貯氫性能優良、價格低廉。

貯氫材料(hydrogen storage material)是在一般溫和條件下，能反復可逆地（通常在一萬次以上）吸入和放出氫的材料。又稱貯氫合金或儲氫金屬問化合物。這種材料在一定溫度和氫氣壓強下能迅速吸氫，適當加溫或減小氫氣壓強時又能放氫的材料。
貯氫材料多為易與氫起作用的某些過渡族金屬、合金或金屬間化合物。由於這些金屬材料具有特殊的晶體結構，使得氫原子容易進入其晶格的間隙中並與其形成金屬氫化物。其貯氫量可達金屬本身體積的1000～1300倍。氫與這些金屬的結合力很弱，一旦加熱和改變氫氣壓強，氫即從金屬中釋放出來。

貯氫材料用途
貯氫材料用途廣泛，除用於氫的存貯、運輸、分離、凈化和回收外，還可用於製作氫化物熱泵；以貯氫合金製造的鎳氫電池具有容量大、無毒安全和使用壽命長等優點；利用貯氫合金可製成海水淡化裝置和用於空間的超低溫製冷設備等。

特性
貯氫材料須具備以下基本特性：

1、在不太高的溫度下，貯氫量大，釋氫量也大。
2、氫化物的生成熱，一般在29～46kJ/mol(7～11Keal/克分子)氫之間。
3、成本低，原料來源廣。
4、經多次吸、放氫，性能不衰減，即使有衰減，經再生處理後也能恢復到原來水平。
5、有較平坦和較寬的平衡壓平台區，即大部分氫均可在一穩定的壓力范圍內放出。(6)容易活化，反應動力學性能好。(7)吸入、放出氫的壓力差小等。

功能
金屬貯氫材料是一種多功能的功能材料，下述功能，可供開發出多種高新技術產品。

釋放化學能
它所放出的氫可供直接燃燒產物，或供其他所需部門使用，如半導體生產，燃氫汽車，燃料電池發電，氫能電動車等。

熱功能
貯氫材料在吸、放氫過程中，同時有熱量的放出和吸入，利用這一吸、放熱的功能，可開發出熱泵、貯熱、回收熱等節能設備。

壓力和機械能
金屬貯氫材料吸、放氫時，有一定平衡壓，隨溫度的升高，其平衡壓將迅速升高。如某些貯氫材料貯氫後的平衡壓在100℃時達5～12MPa的壓力。

電化學功能
貯氫材料本身具有一定的電化學催化功能，同時，所釋放出的氫也極易轉化成電能，因此可利用此功能開發二次電池。

細化功能
貯氫材料在多次吸、放循環後，將自粉碎成細粉，利用這一功能可製成超細粉末，如制備超細合金和金屬粉末等，在技術上有很大潛力。

催化功能
貯氫材料在某些有機化學加氫以及合成氨工業中作為催化劑已顯示出有獨特作用，可望研製成低溫低壓合成氨催化劑。其他如分離氫的同位素功能，吸氣功能，凈化功能等尚有待進一步開發。

種類
主要有鈦鐵系，鑭鎳系，鎂鎳系和鈦鉻系等。

鈦鐵系
屬AB型，A代表鈦，B代表鐵、鈷、鎳等，最常見的為鈦鐵貯氫材料，貯氫量可達占材料自重的1．75%～1．89%。最初有一活化的難題，在高真空條件下，加熱到300～400℃才開始吸氫。中國科學家解決了這一難題，在室溫條件下一般真空度就可開始吸氫。此材料原料來源廣，成本低，有利於大量使用。德國研製的氫能汽車、美國研製的燃料電池電動車，就是以鈦鐵貯氫罐供氫的。

鑭鎳系
屬AB5型，A代表鑭及混合稀土系金屬，B代表鎳、鈷等，貯氫量為1．4%～1．5%，它可在室溫下活化，吸、放氫平衡壓為O．1～0．5MPa(20～30℃)，放氫壓力穩定。為降低成本，改善性能，現已廣泛使用混合稀土金屬或富鑭混合稀土金屬取代鑭，也可以用鋁、鐵等取代部分鎳。

鎂鎳系
屬A2B型(。Mg2Ni)，是一種較早研製成的貯氫材料，貯氫量可達3．4%～6．O%，但放氫溫度要求在250～320℃之間，限制了其應用。在貯存太陽能等技術中可發揮其優越性。
鈦鉻系
典型代表是Ticr2，屬AB2型，進一步發展為TiZrCrMnVFe，德國HWT公司有商品貯氫罐出售，他們已製成可貯存2000m3的大型貯氫罐，經改性後這類貯氫材料還可滿足不同用途的需要。

釩系
里鮑茨(libowitz)提出的體心立方型釩系貯氫材料，它的熵值高，可用於設計成高效熱泵，是新一類貯氫合金系列。

應用
貯氫材料應用很廣，而且仍在不斷發展中。

製作鎳氫電池
金屬氫化物可再充式電池(簡寫為Ni—MH電池)是貯氫材料應用取得最顯著實際成就的新領域，日本在1994年已生產AA型鎳氫電池2億支，我國在1994年生產AA型Ni—MH電池近100萬支，生產Ni—MH電池用的貯氫材料近100t。

貯氫922和凈化氫
貯氫材料貯氫後，其體積濃度大於液氫，幾種貯氫材料貯氫後的濃度(每立方厘米中的氫原子數×1022)分別為：液氫(20K)4．2，FeTiH 1.7 6．O，LaNi5H 6.7 6.1，ZrH27.3，TiH29.2同時，貯氫後一般只有O．5～2．0MPa的壓力，比高壓鋼瓶貯氫安全，比液氫也安全，成本低。貯氫材料貯氫後放出的氫，純度可達99．9999%。

製造熱泵
為回收各種熱能和貯熱。過去用貯氫材料二段式熱泵一次升溫，發展到三段式熱泵二次升溫，可使65～75℃的廢熱水產生蒸汽用於再發電。並可利用環境熱、太陽能熱源製成空調機和貯熱，或用於化工廠、冶金廠、發電廠的廢熱回收。

製造壓縮機和致冷器
用貯氫材料可製成靜態氫壓縮機和深冷致冷器。已製成的25K致冷器可用於空間探測、紅外探測系統中的冷源，它只須以水為介質和以太陽能作低級能源即可工作。還可以製成77K。液氮致冷器。利用貯氫材料製成的壓縮機可用於高壓氫裝瓶，還可利用太陽能製成海水淡化裝置等。

用於氫同位素分離
利用一種或幾種新型貯氫材料，可分離同位素氘、氚，以及貯存氘、氚，這在軍事工業中有很重要的作用。

用作催化劑
貯氫材料用作催化劑早有報導，如LaNis、TiFe等用於常溫低壓合成氨工藝以及某些有機化合物加氫工藝。

用作溫度感測器
利用上述貯氫材料產生壓力的功能以及不同貯氫材料的P—c一T曲線的不同數值，將一小型貯氫器上的壓力表改成溫度指示盤，經校正後即成溫度指示器。它體積小，不怕震動，美國SystemDonier公司生產的這種溫度指示器，廣泛用於各種噴氣飛機上。它還可以改製成火警報警器和窗戶自動開閉器等。

作機器人的動力裝置
也是利用貯氫材料的壓力和機械能功能，某些貯氫材料加熱到100℃即可達到6～13MPa的壓力，則可用於機器人動力系統的激發器、動力源。其特點是沒有旋轉部件反應靈敏，便於控制，反彈和振動小。

用作吸氣劑
由於某些貯氫合金有較強的吸氣能力，特別對氫、COz、CO、水分、甲烷均有一定吸附能力，因此可作為吸氣劑，以保持各種真空器件長時間的高真空，在技術上有重要作用。

發展電動車
電動汽車的關鍵技術是可移動式高效高密度蓄電池。可充式二次電池有多種多樣，其中能量密度最高、壽命最長、成本最低、功率密度最大者首推帶有高效供氫系統的質子交換膜式燃料電池，這種供氫系統就是由貯氫材料製成的貯氫罐。在21世紀初，這種清潔的電動車，將是城市交通的必然發展趨勢，需求量將是極大的。

發展趨勢
貯氫材料正向多元化，高容量，低成本方向發展，向復合材料過渡，正在採用新技術。例如有報道說經磁性技術攪拌貯氫量可大大提高。在改善貯氫材料的性能方面的技術還有： (1)表面微包覆技術；(2)表面化學處理技術；(3)薄膜技術，即將貯氫材料製成薄膜；(4)貯氫材料的漿料技術，即利用某些有機液體與貯氫材料混成均勻漿料，有利於改善貯氫材料的導熱性能及流動性。

其他制備貯氫材料的新工藝有採用鋁熱還原法及自蔓延高溫合成技術從鈦鐵礦、釩鐵礦直接還原成貯氫材料，還有回收和再生貯氫材料的技術等。

『肆』 儲氫合金的概念是什麼

一種新型合金，一定條件下能吸收氫氣，一定條件能放出氫氣：循環壽命性能優異，並可被用於大型電池，尤其是電動車輛、混合動力電動車輛、高功率應用等等。

20世紀60年代，材料王國里出現了能儲存氫的金屬和合金，統稱為儲氫合金（hydrogen storage metal）,這些金屬或合金具有很強的捕捉氫的能力，它可以在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金(或金屬)中先分解成單個的原子，而這些氫原子便「見縫插針」般地進入合金原子之間的縫隙中，並與合金進行化學反應生成金屬氫化物(metal hydrides)，外在表現為大量「吸收」氫氣，同時放出大量熱量。而當對這些金屬氫化物進行加熱時，它們又會發生分解反應，氫原子又能結合成氫分子釋放出來，而且伴隨有明顯的吸熱效應。

分類
目前儲氫合金主要包括有鈦系、鋯系、鐵系及稀土系儲氫合金。

主要用途
氫氣分離、回收和凈化材料。

化學工業、石油精製以及冶金工業生產中，通常有大量的含氫尾氣排出，含氫量有些達到50～60%，而目前多是採用排空或者白白的燃燒處理。因此，對這部分加以回收利用，在經濟上有巨大的意義。另外，集成電路、半導體器件、電子材料和光纖等產業中，需要超高純氫體。利用儲氫合金對氫原子有特殊的親和力，而對其他氣體雜質擇優排斥的特性，即利用儲氫合金具有隻選擇吸收氫和捕獲不純雜質的功能，不但可以回收廢氣中的氫，而且可以使氫純度高於 99.9999%以上，價格便宜、安全，具有十分重要的社會效益和經濟意義。

製冷或採暖設備材料。

由於儲氫合金具有在吸氫化學反應時放出大量熱，而在放氫時吸收大量熱的特性，因此，人們可以利用儲氫合金的這種放熱——吸熱循環，可進行熱的儲存和傳輸，製造製冷或採暖設備。美國和日本競相採用儲氫合金製成太陽能和廢熱利用的冷暖房，其原理就是利用儲氫合金在吸氫時的放熱反應和釋放氫時的吸熱反應。我國北京有色金屬研究總院則利用儲氫合金儲放氫過程的吸放熱循環效應，製造了一台可以製冷到77K的製冷機，該機器可用於工業、醫療等行業需要低溫環境的場合。

鎳氫充電電池。

由於目前大量使用的鎳鎘電池（Ni－Cd）中的鎘有毒，使廢電池處理復雜，環境受到污染，因此它將逐漸被用儲氫合金做成的鎳氫充電電池（Ni－MH）所替代。從電池電量來講，相同大小的鎳氫充電電池電量比鎳鎘電池高約1.5～2倍，且無鎘的污染，現已經廣泛地用於移動通訊、筆記本計算機等各種小型攜帶型的電子設備。目前，更大容量的鎳氫電池已經開始用於汽油/電動混合動力汽車上，利用鎳氫電池可快速充放電過程，當汽車高速行駛時，發電機所發的電可儲存在車載的鎳氫電池中，當車低速行駛時，通常會比高速行駛狀態消耗大量的汽油，因此為了節省汽油，此時可以利用車載的鎳氫電池驅動電動機來代替內燃機工作，這樣既保證了汽車正常行駛，又節省了大量的汽油，因此，混合動力車相對傳統意義上的汽車具有更大的市場潛力，世界各國目前都在加緊這方面的研究。

『伍』 儲氫合金的要求

儲橡橋氫合金的要求

理論上,能夠在一定溫度、壓力下與氫形成氫化物並且具有可逆反應的金屬或合金都可以作為儲氫材料。但是,要使儲氫合金材料達到實用的目的,必須滿足下列要求。

(1)儲氫最大,能量密度高。不同金屬或合金的儲氫量差別很大,一般認為可逆吸氫量不少丁150m1/g為好。

(2)吸氫和放氫速度快。吸氫過程中,氫分子在金屬表念圓面分解為氫原子,然後氫原子向金屬內部擴散,金屬氫化物的相轉變,這些步驟都直接仔如塌影響吸收氫的速率和金屬氫化物的穩定性。

(3)氫化物生成熱小。儲氫合金用來吸收氫時生成熱要小,一般在-29—46kJ/mol H2為宜。

(4)分解壓適中。在室溫附近,具有適當的分解壓(0.1—1MPa)。若分解壓過高,則吸氫時充氫壓力較高,需要使用耐高壓容器。若分解壓<0.1MPa, 則必須加熱才能釋放氫,需要消耗能源。同時,其P—C— T曲線應有較平坦和較寬的平衡壓平台區,在這個區域內稍微改變壓力,就能吸收或釋放較多的氫氣。

(7)在儲存與運輸中安全、無害。

(8)原料來源廣、成本價廉。

前研究並發和投入應用的金屬氫化物還沒有一種完全具備上述特徵,只能擇重而取。