功能材料(储氢材料)ppt课件.ppt

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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用功能材料功能材料Function Materials主讲：主讲：孙彦彬孙彦彬 副教授副教授经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 氢氢是是一一种种非非常常重重要要的的二二次次能能源源。它它的的资资源源丰丰富富；发发热热值值高高，燃燃烧烧1kg氢氢可可产产生生142120kJ的的热热量量，比比任任何何一一种种化化学学燃燃料料的的发发热热值值都都高高；氢氢燃燃烧烧后后生生成成水水

2、，不不污污染染环环境境。因因此此，氢氢能能是是未未来来能能源源最最佳佳选选择择之之一一。氢氢能能的的利利用用涉涉及及氢氢的的储储存存、输输运运和和使使用用，其其中中氢氢的存贮是一个更大的难题。的存贮是一个更大的难题。第二章第二章 储氢材料储氢材料经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 虽虽然然可可将将氢氢气气存存贮贮于于钢钢瓶瓶中中，但但这这种种方方法法有有一一定定危危险险，而而且且贮贮氢氢量量小小(15MPa，氢氢气气重重量量尚尚不不到到钢钢瓶瓶重重量量的的1100)，使使用用也也不不方方便便。液液态

3、态氢氢比比气气态态氢氢的的密密度度高高许许多多倍倍，固固然然少少占占容容器器空空间间，但但是是氢氢气气的的液液化化温温度度是是-253，为为了了使使氢氢保保持持液液态态，还还必必须须有有极极好好的的绝绝热热保保护护，绝绝热热层层的的体体积积和和重重量量往往往往与与贮贮箱箱相相当当。大大型型运运载载火火箭箭使使用用液液氢氢作作为为燃燃料料，液液氧氧作作为为氧氧化化剂剂，其其存存贮贮装装置置占占去去整整个个火火箭箭一半以上的空间。一半以上的空间。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 自自20世世纪纪60年

4、年代代中中期期发发现现LaNi5和和FeTi等等金金属属间间化化合合物物的的可可逆逆储储氢氢作作用用以以来来，储储氢氢合合金金及及其其应应用用研研究究得得到到迅迅速速发发展展。储储氢氢合合金金能能以以金金属属氢氢化化物物的的形形式式吸吸收收氢氢，是是一一种种安安全全、经经济济而而有有效效的的储储氢氢方方法法。金金属属氢氢化化物物不不仅仅具具有有储储氢氢特特性性，而而且且具具有有将将化化学学能能与与热热能能或或机机械械能能相相互互转转化化的的机机能能，从从而而能能利利用用反反应应过过程程中中的的焓焓变变开开发发热热能能的的化化学学储储存存与与输输送送，有有效效利利月月各各种种废废热热形形式式的的

5、低低质质热热源源。因因此此储储氢氢合金的众多应用己受到人们的待别关注。合金的众多应用己受到人们的待别关注。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 2.1 金属储氢原理金属储氢原理 许许多多金金属属(或或合合金金)可可固固溶溶氢氢气气形形成成含含氢氢的的固固溶溶体体(MHx)，固固溶溶体体的的溶溶解解度度HM与与其其平平衡衡氢氢压压pH2的的平平方方根根成成正正比比。在在一一定定温温度度和和压压力力条条件件下下，固固溶溶相相(MHx)与与氢氢反反应应生生成成金金属属氢氢化物，反应式如下化物，反应式如下 式

6、式中中MHy是是金金属属氢氢化化物物，H为为生生成成热热。储储氢氢合合金金正正是是靠靠其其与与氢氢起起化化学学反反应应生生成成金金属属氢氢化化物来储氢的。物来储氢的。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 金金属属与与氢氢的的反反应应，是是一一个个可可逆逆过过程程。正正向向反反应应，吸吸氢氢、放放热热；逆逆向向反反应应，释释氢氢、吸吸热热；改改变变温温度度与与压压力力条条件件可可使使反反应应按按正正向向、逆逆向向反反复复进进行行，实实现现材材料料的的吸吸释释氢氢功功能能。换换言言之之，是是金金属属吸吸氢

7、氢生生成成金金属属氢氢化化物物还还是是金金属属氢氢化化物物分分解解释释放放氢氢，受受温温度度、压压力力与与合合金金成成分分的的控控制制，由由图图2-1平平衡衡氢氢压压-氢氢浓浓度度等等温温曲曲线线(p-C-T曲线曲线)可看出。可看出。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图图2-1 M-H系统系统p-C-T平衡图平衡图 由由0点点开开始始，金金属属形形成成含含氢氢固固溶溶体体，A点点为为固固溶溶体体溶溶解解度度极极限限。从从A点点，氢氢化化反反应应开开始始，金金属属中中氢氢浓浓度度显显著著增增加加，氢氢

8、压压几几乎乎不不变变，至至B点点，氢氢化化反反应应结结束束，B点点对对应应氢氢浓浓度度为为氢氢化化物物中中氢氢的的极极限限溶溶解解度度。图图图图中中中中ABAB段段段段为为为为氢氢氢氢气气气气、固固固固溶溶溶溶体体体体、金金金金属属属属氢氢氢氢化化化化物物物物三三三三相相相相共共共共存存存存区区区区，其其其其对对对对应应应应的的的的压压压压力力力力为为为为氢氢氢氢的的的的平平平平衡衡衡衡压压压压力力力力，氢氢氢氢浓浓浓浓度度度度(H(HM)M)为为为为金金金金属属属属氢氢氢氢化化化化物物物物在在在在相相相相应应应应温温温温度度度度的的的的有效氢容量。有效氢容量。有效氢容量。有效氢容量。经营者提

9、供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 显显显显然然然然，高高高高温温温温生生生生成成成成的的的的氢氢氢氢化化化化物物物物具具具具有有有有高高高高的的的的平平平平衡衡衡衡压压压压力力力力，同同同同时时时时，有有有有效效效效氢氢氢氢容容容容量量量量减减减减少少少少。由由由由图图图图中中中中还还还还可可可可以以以以看看看看出出出出，金金金金属属属属氢氢氢氢化化化化物物物物在在在在吸吸吸吸氢氢氢氢与与与与释释释释氢氢氢氢时时时时，虽虽虽虽在在在在同同同同一一一一温温温温度度度度，但但但但压压压压力力力力不不不不同同同

10、同，这这这这种种种种现现现现象象象象称称称称为为为为滞滞滞滞后后后后。作作作作为为为为储储储储氢氢氢氢材材材材料，滞后越小越好。料，滞后越小越好。料，滞后越小越好。料，滞后越小越好。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用根根根根据据据据p-C-Tp-C-T图图图图可可可可以以以以作作作作出出出出储储储储氢氢氢氢合合合合金金金金平平平平衡衡衡衡压压压压-温温温温度度度度之之之之间间间间关关关关系系系系图图图图，如图如图如图如图2-22-2。对各种储氢合金，当温度和氢气压力值。对各种储氢合金，当温度和氢气压

11、力值。对各种储氢合金，当温度和氢气压力值。对各种储氢合金，当温度和氢气压力值在曲线在曲线在曲线在曲线图图2-2 各种储氢合金平衡分解压各种储氢合金平衡分解压-温度关系曲线温度关系曲线 上侧时，合金上侧时，合金上侧时，合金上侧时，合金吸氢，生成金吸氢，生成金吸氢，生成金吸氢，生成金属氢化物，同属氢化物，同属氢化物，同属氢化物，同时放热；当温时放热；当温时放热；当温时放热；当温度与氢压力值度与氢压力值度与氢压力值度与氢压力值在曲线下侧时，在曲线下侧时，在曲线下侧时，在曲线下侧时，金属氢化物分金属氢化物分金属氢化物分金属氢化物分解，放出氢气，解，放出氢气，解，放出氢气，解，放出氢气，同时吸热。同时吸

12、热。同时吸热。同时吸热。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2 储氢合金分类储氢合金分类 并并不不是是所所有有与与氢氢作作用用能能生生成成金金属属氢氢化化物物的的金金属属(或或合合金金)都都可可以以作作为为储储氢氢材材料料。实实用用的储氢材料应具备如下条件：的储氢材料应具备如下条件：(1)吸吸氢氢能能力力大大，即即单单位位质质量量或或单单位位体体积积储氢量大。储氢量大。(2)金金属属氢氢化化物物的的生生成成热热要要适适当当，如如果果生生成成热热太太高高，生生成成的的金金属属氢氢化化物物过过于于稳稳

13、定定，释释氢氢时时就就需需要要较较高高温温度度；反反之之，如如果果用用作作热热贮贮藏，则希望生成热高。藏，则希望生成热高。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 (3)平平衡衡氢氢压压适适当当。最最好好在在室室温温附附近近只只有有几几个个大大气气压压，便便于于储储氢氢和和释释放放氢氢气气。且且其其p-C-T曲曲线线有有良良好好的的平平坦坦区区，平平坦坦区区域域要要宽宽，倾倾斜斜程程度度小小，这这样样，在在这这个个区区域域内内稍稍稍稍改改变变压压力，就能吸收或释放较多的氢气。力，就能吸收或释放较多的氢气。

14、(4)吸氢、释氢速度快。吸氢、释氢速度快。(5)传热性能好。传热性能好。(6)对对氧氧、水水和和二二氧氧化化碳碳等等杂杂质质敏敏感感性性小小，反复吸氢、释氢时，材料性能不致恶化。反复吸氢、释氢时，材料性能不致恶化。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 (7)在储存与运输中性能可靠、安全、无害。在储存与运输中性能可靠、安全、无害。(8)化学性质稳定，经久耐用。化学性质稳定，经久耐用。(9)价格便宜。价格便宜。能能够够基基本本上上满满足足上上述述要要求求的的主主要要合合金金成成分分有有：Mg，Ti，Nb，

15、V，Zr和和稀稀土土类类金金属属、添添加加成成分有分有Cr，Fe，Mn，Co，Ni，Cu等。等。目目前前研研究究和和已已投投入入使使用用的的储储氢氢合合金金主主要要有有稀稀土土系系、钛钛系系、镁镁系系几几类类。另另外外，可可用用于于核核反反应应堆堆中中的的金金属属氢氢化化物物及及非非晶晶态态储储氢氢合合金金，复复合合储氢材料已引起人们极大兴趣。储氢材料已引起人们极大兴趣。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 2.2.1 镁系储氢合金镁系储氢合金 最最早早研研究究的的储储氢氢材材料料。镁镁与与镁镁基基合

16、合金金储储氢氢量量大大(MgH2约约7.6w)、重重量量轻轻、资资源源丰丰富富、价价 格格 低低 廉廉。主主 要要 缺缺 点点 是是 分分 解解 温温 度度 过过 高高(250)，吸吸放放氢氢速速度度慢慢，使使镁镁系系合合金金至至今今处于研究阶段，尚未实用。处于研究阶段，尚未实用。镁镁与与氢氢在在300400和和较较高高的的氢氢压压下下反反应应生生成成MgH2，具具有有四四方方晶晶金金红红石石结结构构，属属离离子子型型氢氢化化物物，过过于于稳稳定定，释释氢氢困困难难。在在Mg中中添添加加510的的Cu或或Ni，对对镁镁氢氢化化物物的形成起催化作用，使氢化速度加快。的形成起催化作用，使氢化速度加

17、快。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 Mg和和Ni可可以以形形成成Mg2Ni和和MgNi2二二种种金金属属化化合合物物，其其中中MgNi2不不与与氢氢发发生生反反应应，Mg2Ni在在一一定定条条件件下下(2MPa，300)与与氢氢反反应应生生成成Mg2NiH4，稳稳定定性性比比MgH2低低，使使其其释释氢氢温温度度降降低低，反反应应速速度度加加快快，但但贮贮氢氢量量大大降低大大降低(见表见表2-1)。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费

18、者购买商品的价款或接受服务的费用表表2-1 2-1 各种氢化物特性比较各种氢化物特性比较经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 Mg和和Mg2Ni二二相相合合金金具具有有较较好好的的吸吸释释氢氢功功能能，Ni含含量量在在35时时，可可获获得得最最大大吸吸氢氢量量7。在在Mg-Ni合合金金中中，当当Mg含含量量超超过过一一定定程程度度时时，产产生生Mg和和Mg2Ni二二相相，如

19、如图图2-3，等等温线上出现两个平坦区，低平坦区对应反应温线上出现两个平坦区，低平坦区对应反应高平坦区对应反应高平坦区对应反应经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图图2-3 Mg-Mg2Ni-H系统系统p-C-T平衡图平衡图 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 日日本本研研制制了了两两种种以以Mg2Ni为为基基础础的的储储氢氢合合金金。一一种种是是用用A1或或Ca置置换换Mg2Ni中中的的部部分分Mg，形形

20、成成Mg2-xMxNi合合金金(M代代表表A1或或Ca)，其其中中0.01x1.0。这这种种合合金金吸吸释释氢氢反反应应速速度度比比Mg2Ni大大40以以上上，且且可可通通过过控控制制x值值调调节节平平衡衡压压。另另一一种种是是用用V,Cr,Mn,Fe,Co中中任任一一种种置置换换Mg2Ni中中部部分分Ni，形形成成Mg2Ni1-xMx合合金金，氢氢化化速速度度和和分分解解速速度度均均比比Mg2Ni提提高高。例例如如Mg2Ni0.95Cr0.05的的氢氢化化速速度度和和分分解解速速度度均均得得到到改改善善，氢氢压压为为4个个大大气气压压和和296条条件件下下可形成氢化物可形成氢化物Mg2Ni0

21、.96Cr 0.05H3.9。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 镁镁系系储储氢氢合合金金的的潜潜在在应应用用在在于于可可有有效效利利用用250-400 的的工工业业废废热热，工工业业废废热热提提供供氢氢化化物物分分解解所所需需的的热热量量。最最近近，Mg2Ni系系合合金金在在二二次次电电池池负负极极方方面面的的应应用用己己成成为为一一个个重重要的研究方向。要的研究方向。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

22、 Mg与与Cu也也可可形形成成Mg2Cu，MgCu2二二种种金金属属化合物。化合物。Mg2Cu与与H2在在300，2MPa下反应下反应 分分解解压压为为0.1MPa时时，温温度度239，但但最最大大吸吸氢氢量仅为量仅为2.7w。此此外外，稀稀土土与与Mg可可形形成成ReMg12，ReMg17，Re5Mg41等等金金属属化化合合物物，其其中中Re代代表表La，Ce或或Mm(La，Ce，Sm混混合合稀稀土土元元素素)。CeMg12贮贮氢氢量量6 w(325，3MPa)，LaMg12贮贮氢氢量量4.5w，分分解解压压与与MgH2相相当当。LaMg12释释氢氢反反应速度较应速度较CeMg12快。快。经

23、营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 目目前前镁镁系系储储氢氢合合金金的的发发展展方方向向是是通通过过合合金金化化，改改善善Mg基基合合金金氢氢化化反反应应的的动动力力学学和和热热力力学学。研研究究发发现现，Ni，Cu，Re等等元元素素对对Mg的的氢氢化化反反应应有有良良好好的的催催化化作作用用，对对Mg-Ni-Cu系系，Mg-Re系系，Mg-Ni-Cu-M(MCu，Mn，Ti)系系，La-M-Mg-Ni(MLa，Zr，Ca)系系及及Ce-Ca-Mg-Ni系系多多元元镁镁基基贮贮氢氢合合金金的研究和开发

24、正在进行。的研究和开发正在进行。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.2 稀土系稀土系 LaNi5是是稀稀土土系系贮贮氢氢合合金金的的典典型型代代表表。其其优优点点是是室室温温即即可可活活化化，吸吸氢氢放放氢氢容容易易，平平衡衡压压力力低低，滞滞后后小小(见见图图2-4)，抗抗杂杂质质等等；缺缺点点是是成成本本高高，大大规规模模应应用用受受到到限限制制。LaNi5具具有有CaCu5型型的的六六方方结结构构，其其氢氢化化物物仍仍保保持持六六方方结结构构。为为了了克克服服LaNi5的的缺缺点点，开开

25、发发了了稀土系多元合金，主要有以下几类。稀土系多元合金，主要有以下几类。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图图2-4 LaNi5-H系统系统p-C-T平衡图平衡图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 1LaNi5三元系三元系 主主 要要 有有 两两 个个 系系 列列：LaNi5-xMx型型 和和R0.2La0.8Ni5型型。LaNi5-xMx(M：A1，Mn，Cr，Fe，Co，Cu，Ag，Pd等等)系系列列

26、中中最最受受注注重重的的是是LaNi5-xAlx合合金金，Al的的置置换换显显著著改改变变了了平平衡衡压力和生成热值，如图压力和生成热值，如图2-5所示。所示。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图图2-5 LaNi4M-H系统系统p-C-T平衡图平衡图(40)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用表表2-2为该系列合金氢化物的基本特征参数。为该系列合金氢化物的基本特征参数。表表2-2 LaNi5-xAlx系合

27、金的氢化物特性系合金的氢化物特性 R0.2La0.8Ni5(RZr，Y，Gd，Nd，Th等等)型合金中，置换元素使其氢化物稳定性降低。型合金中，置换元素使其氢化物稳定性降低。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2MmNi5系系 MmNi5用用混混合合稀稀土土元元素素(Ce，La，Sm)置置换换LaNi5中中的的La，价价格格比比LaNi5低低得得多多。MmNi5可可 在在 室室 温温，6MPa下下 氢氢 化化 生生 成成MmNi5H6.0，20分分解解压压为为1.3MPa，由由于于释释氢氢压压力力大大

28、，滞滞后后大大，使使MmNi5难难于于实实用用。为为此此，在在MmNi5基基础础上上又又开开发发了了许许多多多多元元合金。合金。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 如如用用Al，B，Cu，Mn，Si，Ca，Ti，Co等等置置换换Mm而而形形成成的的Mm1-xAxNi5型型(A为为上上述述元元素素中中一一种种或或两两种种)合合金金；用用B，Al，Mn，Fe，Cu，Si，Cr，Co，Ti，Zr，V等等取取代代部部分分Ni，形形成成的的MmNi5-yBy型型合合金金(B为为上上述述元元素素中中的的一一种种

29、或或两两种种)。其其中中取取代代Ni的的元元素素均均可可降降低低平平衡衡压压力力，Al，Mn效效果果较较显显著著。取取代代Mm的的元元素素则则一一般般使使平平衡衡压压力力升升高高，如如MmNi4.5Mn0.5，贮贮氢氢量量大大，释释氢氢压压力力适适当当，通常用于氢的储存和净化。通常用于氢的储存和净化。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 MmNi4.15Fe0.85的的p-C-T图图斜斜度度小小，滞滞后后小小，可可作作热热泵泵、空空调调用用储储氢氢材材料料；MmNi5-xCox具具有有优优良良的的储储

30、氢氢特特征征，吸吸氢氢量量大大，吸吸释释氢氢速速度度快快，而而且且通通过过改改变变x值值(x范范围围为为0.14.9)，可可以以连连续续改改变变合合金金的的吸吸释释氢氢特特性性，图图2-6为为MmNi5-yBy-H系合金氢化特性。系合金氢化特性。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图图2-6 MmNi5-yBy-H系统系统p-C-T平衡图平衡图(20)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 此此外外，还还有有许

31、许多多MmNi5系系多多元元储储氢氢合合金金，如如(MnCa)(NiAl)5，(MmCa)0.95Cu0.05(NiAl)5，Mm0.95Cu0.05(NiAl)5Zr0.1等等。多多元元合合金金化化可可以以综综合合提提高高储储氢氢特特性性，并并满满足足某某些些特特殊殊要要求求，主主要要用用于于制制备备高高压压氢氢，图图2-7为为该该系系列列储储氢氢合合金金的的开开发现状。发现状。图图2-7 MmNi5系合金的开发系统图系合金的开发系统图 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3MlNi5系系 以以Ml

32、(富富含含La与与Nd的的混混合合稀稀土土金金属属，La+Nd70)取取代代La形形成成的的MlNi5，价价格格仅仅为为纯纯La的的15，却却保保持持了了LaNi5的的优优良良特特性性，而而且且在在储储氢氢量量和和动动力力学学特特性性方方面面优优于于LaNi5，更更具具实实用用性性，见见图图2-8。在在MlNi5基基础础上上发发展展了了MlNi5-xMx系系列列合合金金，即即以以Mn，Al，Cr等等置置换换部部分分Ni，以以降降低低氢氢平平衡衡分分解解压压。其其中中MlNi5-xAlx己己大大规规模模应应用用于于氢氢的的储储运运、回收和净化。回收和净化。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当

33、按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图图2-8 MlNi5-H系系p-C-T平衡图平衡图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.3 钛系储氢合金钛系储氢合金1钛铁系合金钛铁系合金 钛钛和和铁铁可可形形成成TiFe和和TiFe2二二种种稳稳定定的的金金属属间间化化合合物物。TiFe2基基本本上上不不与与氢氢反反应应，TiFe可可在在室室温温与与氢氢反反应应生生成成TiFeH1.04和和TiFeH1.95两两种种氢氢化化物物，如如图图2-9。因因为

34、为出出现现两两种种氢氢化化物物相相，p-C-T曲曲线线有有两两个个平平台台。其其中中TiFeH1.04为为四方结构四方结构，TiFeH1.95为立方结构为立方结构。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 TiFe合合金金室室温温下下释释氢氢压压力力不不到到1MPa，且且价价格格便便宜宜。缺缺点点是是活活化化困困难难，抗抗杂杂质质气气体体中中毒毒能能力力差差，且且在在反反复复吸吸释释氢氢后后性性能能下下降降。图图2-9 TiFe-H系系p-C-T平衡图平衡图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费

35、者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 为为改改善善TiFe合合金金的的储储氢氢特特性性，研研究究了了以以过过渡渡金金属属(M)Co，Cr，Cu，Mn，Mo，Ni，Nb，V等等置置换换部部分分铁铁的的TiFe1-xMx合合金金。过过渡渡金金属属的的加加入入，使使合合金金活活化化性性能能得得到到改改善善，氢氢化化物物稳稳定定性性增增加加，但但平平台台变变得得倾倾斜斜。TiFe三三元元合合金金中中具具有有代代表表性性的的是是TiFe1-xMnx(x0.10.3)，见图，见图2-10。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的

36、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 TiFeTiFe0.80.8MnMn0.20.2在在在在2525和和和和30MPa30MPa氢氢氢氢压压压压下下下下即即即即可可可可活活活活化化化化，生生生生成成成成的的的的TiFeTiFe0.80.8MnMn0.20.2HH1.951.95，储储储储氢氢氢氢量量量量1.9w1.9w，但但但但p-C-p-C-T T曲曲曲曲线线线线平平平平台台台台倾倾倾倾斜斜斜斜度度度度大大大大，释释释释氢氢氢氢量量量量少少少少。日日日日本本本本研研研研制制制制出出出出一一一一种种种种新新新新型型型型Fe-TiFe-Ti氧氧氧氧化化化化物物物物合合合合

37、金金金金，储储储储氢氢氢氢性性性性能能能能很好。很好。很好。很好。图图2-10 TiFe1-xMx系系p-C-T平衡图平衡图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2钛锰系合金钛锰系合金 Ti-Mn合合金金是是拉拉维维斯斯相相结结构构，Ti-Mn二二元元合合金金中中Ti-Mn1.5储储氢氢性性能能最最佳佳，在在室室温温下下即即可可活活化化，与与氢氢反反应应生生成成Ti-Mn1.5H2.4，其其特特性性见见表表2-1。TiMn原原子子比比MnTi=1.5时时，合合金金吸吸氢氢量量较较大大，如如果果Ti量量增

38、增加加，吸吸氢氢量量增增大大，但但由由于于形形成成稳稳定定的的Ti氢氢化化物物，室室温温释释氢氢量减少。量减少。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图图2-11 Ti-Mn-H系统系统p-C-T平衡图平衡图 以以以以TiMnTiMn为为为为基基基基的的的的多多多多元元元元合合合合金金金金主主主主要要要要有有有有TiMnTiMn1.41.4MM0.1 0.1(M(M为为为为Fe,Co,NiFe,Co,Ni等等等等),),TiTi0.80.8ZrZr0.20.2MnMn1.81.8MM0.2 0.2(M(

39、M为为为为Co,MoCo,Mo等等等等),),TiTi0.90.9ZrZr0.10.1MnMn1.41.4V V0.20.2CrCr0.40.4等等等等，见见见见图图图图2-112-11。其其其其中中中中TiTi0.90.9ZrZr0.10.1MnMn1.41.4V V0.20.2CrCr0.40.4储储储储氢氢氢氢性性性性能能能能最最最最好好好好，室室室室温温温温最最最最大大大大吸吸吸吸氢氢氢氢量量量量2.1w2.1w，氢氢氢氢化化化化物物物物在在在在2020的的的的分分分分解解解解压压压压为为为为0.9MPa0.9MPa，室室室室温温温温下下下下最最最最大大大大释释释释氢氢氢氢量量量量23

40、3ml/g233ml/g，生生生生成成成成热热热热-7.0kcal/mol-7.0kcal/mol。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 除除以以上上几几类类典典型型储储氢氢合合金金外外，非非晶晶态态储储氢氢合合金金目目前前也也引引起起了了人人们们的的注注意意。研研究究表表明明，非非晶晶态态储储氢氢合合金金比比同同组组份份的的晶晶态态合合金金在在相相同同的的温温度度和和氢氢压压下下有有更更大大的的储储氢氢量量；具具有有较较高高的的耐耐磨磨性性；即即使使经经过过几几百百次次吸吸、放放氢氢循循环环也也不不

41、致致破破碎碎；吸吸氢氢后后体体积积膨膨胀胀小小。但但非非晶晶态态储储氢氢合合金金往往往往由由子子吸吸氢氢过过程程中中的的放放热热而而晶晶化化。有有关关非非晶晶态态储储氢氢材材料料的的机机理理尚尚不不清清楚楚，有有待待于进一步研究。于进一步研究。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.4 机械合金化技术及复合储氢合金机械合金化技术及复合储氢合金 机机械械合合金金化化(MA)是是70年年代代发发展展起起来来的的一一种种用用途途广广泛泛的的材材料料制制备备技技术术。将将欲欲合合金金化化的的元元素素粉粉末

42、末以以一一定定的的比比例例，在在保保护护性性气气氛氛中中机机械械混混合合并并长长时时间间随随球球磨磨机机运运转转，粉粉末末间间由由于于频频繁繁的的碰碰撞撞而而形形成成复复合合粉粉末末，同同时时发发生生强强烈烈的的塑塑性性变变形形；具具有有层层片片状状结结构构的的复复合合粉粉末末因因加加工工硬硬化化而而碎碎裂裂，碎碎裂裂后后的的粉粉末末露露出出的的新新鲜鲜原原子子表表面面又又极极易易再再发发生生机机械械复复合合；合合金金粉粉末末周周而而复复始始地地复复合合、碎碎裂裂、再再复复合合，组组织织结结构构不不断断细细化化，最最终终达达到到粉粉末末的的原原子子级级混混合合而而形形成合金。成合金。经营者提供

43、商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 机机械械合合金金化化技技术术于于80年年代代中中期期开开始始被被广广泛泛应应用用于于制制备备储储氢氢合合金金。MA技技术术可可以以细细化化合合金金颗颗粒粒，破破碎碎其其表表面面的的氧氧化化层层，形形成成不不规规则则的的表表面面，使使合合金金表表面面参参与与氢氢化化反反应应的的活活性性点点增增加加；有有利利于于氢氢分分子子穿穿越越合合金金表表面面的的氧氧化化层层；晶晶粒粒细细化化使使氢氢化化物物层层厚厚度度减减少少，相相应应地地参参与与氢氢化化反反应应的的合合金金增增加加。最

44、最重重要要的的是是MA可可以以方方便便地地控控制制合合成成材材料料的的成成分分和和微微观观结结构构，制制备备出出纳纳米米晶晶、非非晶晶、过过饱饱和和固固溶溶体体等等亚亚稳稳态态结结构构的的材材料料，这这些些亚亚稳稳态态结结构构对对改改善善贮贮氢氢合金的氢化性能有很好的效果。合金的氢化性能有很好的效果。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 如如用用MA技技术术制制备备的的纳纳米米晶晶镁镁基基储储氢氢合合金金(Mg2Ni)，由由于于纳纳米米晶晶中中高高密密度度晶晶界界一一方方面面可可以以作作为为储储氢氢的

45、的位位置置，另另一一方方面面为为氢氢在在合合金金中中的的扩扩散散提提供供快快速速通通道道，使使合合金金具具有有很很好好的的动动力力学学性性能能，吸吸释释氢氢速速度度加加快快。通通过过MA在在纳纳米米晶晶镁镁基基合合金金表表面面添添加加催催化化剂剂(如如纳纳米米颗颗粒粒Pd)，合合金金在在室室温温下下即即可可吸吸氢氢，100下下可可以以快快速速释释氢氢。另另外外，MA应应用用于于其其他他储储氢氢合合金金，AB5型型、AB2型型、AB型型，制制得得的的合合金金储储氢氢性性能均好于传统方法制备的合金。能均好于传统方法制备的合金。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的

46、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 总总之之，机机械械合合金金化化技技术术应应用用于于储储氢氢合合金金的的制制备备，是是改改善善贮贮氢氢合合金金性性能能的的有有效效途途径径。该该技技术术成成本本低低、工工艺艺简简单单、生生产产周周期期短短；制制备备的的储储氢氢合合金金具具有有储储氢氢量量大大、活活化化容容易易、吸吸释释氢氢速速度度快快、电电催催化化活活性性好好等等优优点点。美美中中不不足足的的是是用用MA制制备备储储氢氢合合金金尚尚处处于于实实验验室室研研究究阶阶段段，理理论论模模型型，工工艺艺参参数数，工工艺艺条条件件还还有待于进一步优化。有待于进一步优化。经营者提供

47、商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 近近年年来来，许许多多学学者者通通过过MA技技术术，将将不不同同类类型型的的储储氢氢合合金金复复合合在在一一起起，可可以以得得到到性性能能优优于于单单一一类类型型储储氢氢合合金金的的复复合合贮贮氢氢合合金金。复复合合贮贮氢氢合合金金是是一一个个多多相相体体系系，高高密密度度的的相相界界面面为为氢氢的的扩扩散散提提供供了了快快速速通通道道，有有利利于于储储氢氢动动力力学学特特征征的的改改善善；纳纳米米相相之之间间通通过过相相界界面面的的相相互互作作用用，也也有有利利于于吸吸释

48、释氢氢反反应应的的进进行行。目目 前前 研研 究究 较较 多多 的的 复复 合合 贮贮 氢氢 合合 金金 主主 要要 有有Mg/MmNi5-x(Co,Al,Mn)x，Mg2Ni/MmNi5，Mg/FeTi等合金系。等合金系。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 研研究究结结果果表表明明，AB5型型储储氢氢合合金金良良好好的的电电化化学学性性能能可可以以用用来来改改善善其其他他合合金金的的储储氢氢性性能能，比比如如将将镁镁和和MmNi4.6Fe0.4进进行行纳纳米米复复合合，复复合合储储氢氢合合金金的的

49、吸吸释释氢氢速速度度是是Mg2H2的的56倍倍。镁镁基基合合金金除除了了可可以以用用AB5型型合合金金改改善善性性能能，也也可可以以通通过过与与AB2型型Zr基基合合金金的的复复合合改改变变性性能能。有有人人用用35w的的非非晶晶ZrNi1.6Cr0.4与与镁镁机机械械合合金金化化，制制得得纳纳米米复复合合储储氢氢合合金金，该该合合金金在在300，30分钟内可释氢分钟内可释氢4.3w。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.3 储氢合金的应用储氢合金的应用2.3.1 作为储运氢气的容器作为储运氢气的容

50、器 首首先先，氢氢以以金金属属氢氢化化物物形形式式存存在在于于储储氢氢合合金金之之中中，其其原原子子密密度度比比相相同同温温度度、压压力力条条件件下下的的气气态态氢氢大大1000倍倍。如如采采用用TiMn1.5制制成成储储氢氢容容器器与与高高压压(15MPa)钢钢瓶瓶，液液氢氢储储存存装装置置相相比比，在在储储氢氢量量相相等等的的情情况况下下，三三者者的的重重量量比比为为1 1.4 0.2，体体积积比比为为1 4 1.3。可可见见用用储储氢氢合合金金作作储储氢氢容容器器具具有有重量轻，体积小的优点。重量轻，体积小的优点。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损