儲(chǔ)氫燃料電池

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1、儲(chǔ)氫燃料電池的發(fā)展?fàn)顩r及關(guān)鍵材料技術(shù)小組成員：何磊孟季盛吳云亮氫能系統(tǒng)化石能源太陽(yáng)能風(fēng)能海洋能地?zé)崮茉幽苊菏吞烊粴馑镔|(zhì)副產(chǎn)氫蒸汽轉(zhuǎn)化法微生物法汽化熱化學(xué)循環(huán)電解法煤氣化法部分氧化法氫加壓精制壓縮碳材氫化物冷凍有機(jī)液玻璃微球管道船舶車輛氫化物箱貯槽化學(xué)工業(yè)航空航天電子工業(yè)冶金工業(yè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)家庭民用能源制氫原料制氫方法儲(chǔ)氫系統(tǒng)輸送系統(tǒng)氫的利用儲(chǔ)氫燃料電池原理(1)氫氣通過(guò)管道或?qū)獍宓竭_(dá)陽(yáng)極(2)在陽(yáng)極催化劑的作用下，1個(gè)氫分子解離為2個(gè)氫質(zhì)子，并釋放出2個(gè)電子，陽(yáng)極反應(yīng)為：　H2→2H

2、++2e。(3)在電池的另一端，氧氣（或空氣）通過(guò)管道或?qū)獍宓竭_(dá)陰極，在陰極催化劑的作用下，氧分子和氫離子與通過(guò)外電路到達(dá)陰極的電子發(fā)生反應(yīng)生成水，陰極反應(yīng)為：1/2O2+2H++2e→H2O電子在外電路形成直流電。因此，只要源源不斷地向燃料電池陽(yáng)極和陰極供給氫氣和氧氣，就可以向外電路的負(fù)載連續(xù)地輸出電能。儲(chǔ)氫燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀儲(chǔ)氫燃料電池的關(guān)鍵目前，氫氣需要以700巴的氣壓儲(chǔ)存在汽車油箱中。因此，充氣站需要使用高壓泵給汽車油箱充氣，而高壓泵會(huì)消耗大量能源。所以人們有充分的理由尋找新的儲(chǔ)氫技術(shù)。

3、鎂等金屬無(wú)需高壓就能吸收高密度的氫，但它的劣勢(shì)在于很難再次釋放出氫，而且釋放過(guò)程十分緩慢。加快氫釋放的一種方法是使用吸附在基質(zhì)上以消除粒子團(tuán)聚現(xiàn)象的鎂納米粒子。儲(chǔ)氫燃料電池的關(guān)鍵儲(chǔ)氫材料技術(shù)問(wèn)題：（1）制?。?）儲(chǔ)運(yùn)（3）應(yīng)用解決方法安全高效的儲(chǔ)氫技術(shù)－開(kāi)發(fā)新型高效的儲(chǔ)氫材料和安全的儲(chǔ)氫技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急儲(chǔ)氫材料的要求儲(chǔ)氫材料要求：可逆性好適應(yīng)燃料電池的工作條件儲(chǔ)氫量大USdepartmentofEnergy提出的目標(biāo)2012：62kg·H2·m-3.2015：81kg·H2·m-3.合金儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫

4、關(guān)鍵材料炭質(zhì)儲(chǔ)氫材料金屬氫化物配位氫化物納米材料目前研制成功的：稀土鑭鎳系鈦鐵系鎂系鈦/鋯系合金儲(chǔ)氫材料合金儲(chǔ)氫材料鎂系典型代表:Mg2Ni,美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首先報(bào)道特點(diǎn)：儲(chǔ)氫容量高，資源豐富，價(jià)格低廉，放氫溫度高(250-300℃)，放氫動(dòng)力學(xué)性能較差，改進(jìn)方法:機(jī)械合金化-加TiFe和CaCu5球磨,或復(fù)合。稀土鑭鎳系儲(chǔ)氫合金典型代表:LaNi5,荷蘭Philips實(shí)驗(yàn)室首先研制特點(diǎn):活化容易，平衡壓力適中且平坦,吸放氫平衡壓差小，抗雜質(zhì)氣體中毒性能好，適合室溫操作，經(jīng)元素部分

5、取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土,主要成分(La,Ce,Pr,Nd)廣泛用于鎳/氫電池。鈦鐵系典型代表:TiFe,美Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首先發(fā)明特點(diǎn)：價(jià)格低，室溫下可逆儲(chǔ)放氫，易被氧化，活化困難，抗雜質(zhì)體中毒能力差，實(shí)際使用時(shí)需對(duì)合金進(jìn)行表面改性處理鈦/鋯系特點(diǎn)：具有Laves相結(jié)構(gòu)的金屬間化合物，原子間隙由四面體構(gòu)成,間隙多,有利于氫原子的吸附儲(chǔ)氫合金是在一定溫度、壓力下，能可逆的大量吸收、儲(chǔ)存和釋放氫氣的金屬化合物，其特點(diǎn)是儲(chǔ)存量大、安全可靠、

6、不污染壞境、可重復(fù)使用合金儲(chǔ)氫材料稀土鑭鎳系稀土儲(chǔ)氫材料主要有兩類：LaNi5型儲(chǔ)氫合金（AB5型）和La-Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金（AB3型、A2B7型）。類型AB5AB3-3.5合金LaNi5MmNi5LaNi3CaNi3La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5氫化物L(fēng)aNi5H6MmNi5H6.3LaNi3H4.5CaNi3H4.4La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5H4.73吸氫量/wt.%1.41.41.42.01.6放氫壓（溫度）/MPa（℃）0.4（50）3.4（80）無(wú)平臺(tái)0.04

7、（20）0.06（60）氫化物生成熱/kJ·mol-1H2－30.1－26.4－35.0鎳氫電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、動(dòng)力學(xué)性能良好、環(huán)境友好和安全性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)工具、混合電動(dòng)車（HEV）。就技術(shù)水平看，在各類動(dòng)力電池中，鎳氫電池的綜合優(yōu)勢(shì)最為明顯。HEV用鎳氫電池的使用壽命達(dá)到了8年或者是16萬(wàn)公里。目前85%HEV采用鎳氫電池，未來(lái)一段時(shí)間鎳氫動(dòng)力電池仍是油電混合車或電動(dòng)汽車的首選電源。稀土儲(chǔ)氫材料應(yīng)用市場(chǎng)存在的問(wèn)題(a)合金的吸放氫反應(yīng)中的滯后和平高線傾斜；

8、(b)粉碎使傳導(dǎo)效果降低；(c)現(xiàn)有熱泵的熱交換速度跟不上合金的吸放熱速度；(d)合金成本較高；炭質(zhì)儲(chǔ)氫材料近年來(lái)人們研究重點(diǎn)：碳納米管納米炭纖維碳納米管(CNTs)1991年日本NEC公司Iijima教授發(fā)現(xiàn)CNTs碳納米管儲(chǔ)氫-美學(xué)者Dillon1997首開(kāi)先河碳納米管可分為單壁碳納米管(single2walledcarbonnanotube,SWNT)和多壁碳納米管(multi2walledcarbonnanotube,MWNT)。單壁納米碳管最大放電容量為503mAh/g,