配位氢化物储氢材料

浅谈金属氢化物储氢及常用的金属储氢材料摘要：为了应对能源危机，减少全球温室气体排放，人类不断在探索可持续和可再生替代能源载体，包括风能、核能、太阳能和氢能等。

氢因其具有含量丰富，容易再生，废气排放无污染、应用场景灵活等优点，被视为理想的可再生能源，很多学者预测未来将进入能源“氢经济”的时代。

氢气虽然具有绿色可再生能源的诸多优点，但是也存在不可忽视的缺点。

与化石燃料相比，氢的体积能量密度较低（低热值９．９ＭＪ／ｍ３，标准状态下气态氢的体积能量密度仅为汽油的０．０４％，即使在液态也只是汽油的３２％），导致氢气的存储需要大量的空间，这对于固定能源系统尚可接受，但是对于可移动的能源系统（例如绿色能源汽车、移动电源等）则是巨大的挑战。

因此，发展高体积能量密度的储氢技术成为当前的研究热点。

关键词：金属氢化物；储氢；金属储氢材料引言储氢技术作为氢气“制”和“用”环节之间的重要桥梁，其重要性不容忽视。

高压气态储氢技术、低温液态储氢技术，固态储氢技术及有机物液体储氢技术是目前主要的四种储氢技术，其中主流方式还是高压气态储氢。

从长远来看氢能要实现其对净零排放的重大贡献潜力，就必须进行大规模储存。

地下储氢技术由于其储氢规模大、综合成本低而受到了广泛关注。

以美国为代表的世界发达国家围绕地下储氢技术正进行技术攻关，并得到迅速发展。

目前，英国、德国、加拿大、波兰、土耳其、荷兰和丹麦等也都制定了盐穴储氢计划。

相比上述国家，我国地下储氢研究较为滞后，尚无地下储氢实践。

为此，本文主要根据国外地下储氢技术的研究和应用现状，分析氢气地下储存可能面临的技术问题，为国内发展盐穴储氢技术提供借鉴。

进一步结合中盐金坛盐穴综合利用的经验以及江苏地区的地域特点，探索盐穴储氢技术路线的可能性，为中国实现“双碳”目标提供思路。

1.金属氢化物储氢原理在一定温度和压力条件下，将储氢合金与氢气混合，储氢合金就可以吸收氢气，并且与氢气反应生成金属固溶体MHx和金属氢化物MHy。

第29卷 第4期Vo l 29 No 4材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of M aterials Science &Engineering 总第132期Aug.2011文章编号:1673-2812(2011)04-0639-08配位氢化物储氢材料Mg(BH 4)2的研究进展陈君儿,熊智涛,吴国涛,褚海亮,陈 萍(中国科学院大连化学物理研究所,复合氢化物材料化学研究组,辽宁大连 116023)摘 要 M g (BH 4)2是一种新型配位氢化物储氢材料,因具有较高的质量储氢密度(14.8w t.%)和体积储氢密度(112g/L)而备受关注。

本文系统概述了近年来有关Mg (BH 4)2的诸多研究成果,主要包括Mg (BH 4)2合成,晶体结构解析及其储氢性能的表征研究。

在这些研究基础上,对该材料在储氢应用中可能涉及的动力学及热力学问题进行分析,同时预测该体系未来的研究方向和发展趋势。

关键词 储氢;硼氢化镁;热分解;晶体结构中图分类号:T K91 文献标识码:AReview on Hydrogen Storage in Mg(BH 4)2CHEN Jun -er,XIONG Zh-i tao,WU Guo -tao,CHU Ha-i liang,CHEN Ping(Dalian Institute of C hemical Physics,Chinese Academy of Science,Dalian 116023,C hina)Abstract M agnesium borohy dride M g (BH 4)2,having gravim etric and vo lum etric hydrog en densities of 14.9w t.%and 112g /L,respectively,is considered as one of the mo st promising materials fo r hydrogen storag e.Ex tensive inv estig ations have been paid on this com plex hy dride in the past few y ears.We summ ar ized resear ch prog resses on the sy nthesis,crystal structure and hydrog en storage perfo rmance of M g(BH 4)2in thispaper.Pending issues,such as kinetic barrier and reversibility o f hy drog en storage in M g (BH 4)2,w ere discussed,and further development of this sto rage m aterial w as sugg ested.Key words hydro gen stor ag e;m ag nesium bo rohydride;ther mal decomposition;cry stal structure收稿日期:2010-09-16;修订日期:2010-11-02基金项目:百人计划资助项目(KGC X2-YW -806)和中国科学院知识创新工程资助项目(KJCX2-YW -H 21)作者简介:陈君儿(1986-),女,浙江舟山人,硕士研究生,研究方向:储氢材料制备及其性能研究。

材料的储氢材料和氢能储存随着全球对可再生能源和清洁能源的追求，氢能作为一种高能量密度、零排放的能源被广泛关注。

然而，氢气的储存一直是一个挑战。

在储存氢气的过程中，储氢材料起到关键的作用。

本文将介绍一些常见的储氢材料，以及它们在氢能储存中的应用。

1. 金属储氢材料金属储氢材料是目前应用最为广泛的一类储氢材料。

它们通常是将氢气吸附或反应嵌入到金属晶格中，从而实现氢气的储存。

1.1 金属合金金属合金是指由两种或更多种金属元素组成的材料。

例如，钛镍合金和镁铝合金都是常见的金属储氢材料。

这些合金具有较高的储氢容量和较好的循环稳定性，在氢能储存领域具有广泛的应用前景。

1.2 金属有机框架材料金属有机框架材料（MOF）是由金属离子或金属簇与有机配体组成的晶体材料。

它们具有高度可调性和多孔结构，可以通过改变金属元素和有机配体的组合来调节其储氢性能。

MOF在氢能储存中表现出很高的储氢容量和循环稳定性。

2. 炭材料炭材料是一类由碳元素组成的材料，具有良好的储氢性能。

它们通常具有高比表面积和孔隙结构，可以将氢气吸附到其表面或孔隙中。

例如，活性炭和多孔碳纤维都是常见的炭材料，它们在氢能储存方面具有潜在的应用前景。

3. 化合物材料化合物材料是指由金属元素和非金属元素组成的化合物。

它们通常具有较高的储氢容量和较好的热稳定性。

例如，氨合物是一种常见的化合物储氢材料，可以通过吸附氢气并在一定温度下释放氢气。

4. 氢化物材料氢化物材料是指由金属元素和氢元素组成的化合物。

它们具有很高的储氢密度和较好的储氢性能。

例如，碱金属氢化物和过渡金属氢化物都是常见的氢化物储氢材料。

总结起来，储氢材料的选择与氢能储存的效率和可行性密切相关。

金属储氢材料、炭材料、化合物材料和氢化物材料都是常见的储氢材料，它们在氢能储存领域具有广泛的应用前景。

随着科学技术的不断进步，相信在不久的将来，氢能储存技术将为人类实现可持续发展作出更大的贡献。

注意：此文章仅供参考，具体内容应根据题目要求自行撰写。

氢是一种清洁的可再生能源。

储氢材料作为一种可逆的氢元素存储材料，在现代及未来的应用十分广泛。

对于储氢材料性质的研究，将会更好地推动我国相关研究领域的进步。

随着近年来我国经济的不断发展，能源消耗也在大幅度增加，化石能源储量减少，并产生一系列的环境问题，所以寻找一种安全可靠的绿色清洁能源是必然趋势，而氢元素一直是能源系列中的“宠儿”。

由于氢能是一种可循环利用的清洁能源，将在我国能源转换中扮演重要角色。

近年来，氢能产业从行业圈内逐渐走向大众视野，被认为是具有发展潜力的新型产业。

目前唯一存在的应用问题是氢能源的存储技术问题，为了解决这一问题，储氢材料正式问世，利用金属络合物储存氢能，其质量百分密度较高且具有一定的可逆性，实现了储氢材料的正式应用，而此类材料的具体应用也可以更好地推动相关领域的发展。

氢能的储存方式分析氢能是目前发现的能源体系中储量丰富且无公害的清洁能源，是理想化石燃料替代品，而且氢能在燃烧后的生成物只有水，对我国实现“碳达峰”“碳中和”等目标具有重要意义。

在氢能的应用体系中，氢能的存储制约了氢能走向实用化和规模化。

为了解决这一问题，诞生了储氢材料理念。

目前，有3种主要的储氢方式，分别为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。

1高压气态储氢高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术，即通过压力将氢气液化至气瓶中加以储存。

该技术的优点在于，其充装释放氢气速度快，技术成熟及成本低。

而其缺点在于：一是对储氢压力容器的耐高压要求较高，商用气瓶设计压力达到20 MPa，一般充压力至15 MPa；二是其体积储氢密度不高，其体积储氢密度一般在18～40 g/L；三是在氢气压缩过程中能耗较大，且存在氢气泄漏和容器爆破等安全隐患问题。

2低温液体储氢为了解决高压气体储氢体积储氢密度低的问题，人们提出了液态储氢的概念，低温液态储氢将氢气冷却至-253℃，液化储存于低温绝热液氢罐中，储氢密度可达70.6 kg/m3，体积密度为气态时的845倍。

氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈，配位氢化物、富氢载体化合物是目前所采用的主要储氢材料．（1）Ti（BH4）2是一种过渡元素硼氢化物储氢材料．在基态Ti2+中，电子占据的最高能层为M，该能层具有的原子轨道数为9；（2）液氨是富氢物质，是氢能的理想载体，利用N2+3H2=2NH3实现储氢和输氢．下列说法正确的是（）；A．NH3分子中氮原子的轨道杂化方式为sp2杂化；B．NH+4与PH+4、CH4、BH-4、ClO-4互为等电子体；C．相同压强时，NH3的沸点比PH3的沸点高；D．[Cu（NH3）4]2+离子中，N原子是配位原子；E．已知NF3与NH3的空间构型相同，但NF3不易与Cu2+形成配离子．答案：（1）基态Ti2+价电子排布式为：3d2，最高能层为M层，该能层下含有1个3s 轨道、3个3p轨道和5个3d轨道，共有9个原子轨道，故答案为：M；9；（2）A．NH3分子中N原子含有3个共用电子对和一个孤电子对，所以其价层电子对是4，采用sp3杂化，故A错误；B．等电子体为原子数相等和价电子数相等的原子团，NH+4与PH+4、CH4、BH-4均含有5个原子团，且价电子均为8，为等电子体，而ClO-4价电子数为32，不属于等电子体，故B错误；C．分子间存在氢键的熔沸点高，相同压强时，氨气中含有氢键，PH3中不含氢键，所以NH3沸点比PH3高，故C正确；D．提供孤电子对的原子是配原子，[Cu（NH3）4]2+离子中，N原子提供孤对电子，N原子为配原子，故D正确；E．Cu2+提供空轨道，NH3和NF3中中心原子N原子提供孤电子对，由于N、F、H三种元素的电负性为：F＞N＞H，在NF3中，共用电子对偏向F，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难于与Cu2+形成配位键，故E正确；故答案为：CDE．。

储氢材料的分类
1. 金属氢化物储氢材料，就好像是一个神奇的“氢精灵宝库”！比如说氢化镁，它能吸收和释放大量的氢气呢。

2. 配位氢化物储氢材料呀，这可是个厉害的角色，如同一个精准的“氢舞者”。

像氢化铝钠就是个很好的例子呀，能为我们储存好多的氢。

3. 纳米材料储氢，哇哦，这简直就是储氢世界的“超级明星”嘛！纳米碳管，大家听说过吧，它在这方面表现超棒的哟！
4. 有机液体储氢材料，嘿嘿，那就是储氢领域的“神秘嘉宾”呢！比如某些有机液体可以很巧妙地把氢储存起来，神奇吧！
5. 复合储氢材料，好像是一个团结协作的“氢战队”呀！它们相互配合，共同完成储氢的任务呢，像一些复合材料做的就很好呀。

6. 玻璃微球储氢材料，这不就是一个个“氢的小房子”嘛！可以把氢好好地安置在里面哦，想想都觉得很有趣呢。

7. 吸附储氢材料，就如同“氢的好朋友”，紧紧地把氢抱住。

活性炭就是其中之一呀，厉害吧！
8. 液态有机氢载体储氢，哇，简直就是储氢的“魔法药水”呀！它可以带着氢来来去去呢，是不是很有意思呀。

我的观点结论就是：储氢材料的分类真的好丰富好有趣呀，每一种都有它独特的魅力和用途呢，未来的发展真让人期待！。

储氢材料的研究概况与发展方向随着社会发展、人口增长，人类对能源的需求将越来越大。

以煤、石油、天然气等为代表的化石能源是当前的主要能源，但化石能源属不可再生资源，储量有限，而且化石能源的大量使用，还造成了越来越严重的环境污染问题。

因此，可持续发展的压力迫使人类去寻找更为清洁的新型能源。

氢能作为一种高能量密度、清洁的绿色新能源，氢能的如何有效利用便引起了人们的广泛研究。

目前来看，氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈。

氢能工业对储氢的要求总的来说是储氢系统要安全、容量大、成本低、使用方便。

美国能源部将储氢系统的目标定为：质量密度为6.5%，体积密度为62kgH2/m3。

瞄准该目标，国内外展开了大量的研究。

本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术，包括金属氢化物、碳质材料、配位氢化物、水合物，分析了它们的优缺点，同时指出其相关发展趋势。

1金属氢化物金属氢化物储氢具有安全可靠、储氢能耗低、储存容量高（单位体积储氢密度高）、制备技术和工艺相对成熟等优点。

此外，金属氢化物储氢还有将氢气纯化、压缩的功能。

因此，金属氢化物储氢是目前应用最为广泛的储氢材料。

储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。

储氢合金由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素（A）,它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要是I A~ VB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re（稀土元素）；另一部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素（B），它则控制着吸/放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的作用，女口Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。

图1列出了一些金属氢化物的储氢能力。

目前世界上已经研制出多种储氢合金，按储氢合金金属组成元素的数目划分，可分为：二元系、三元系和多元系；按储氢合金材料的主要金属元素区分，可分为：稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等；而组成储氢合金的金属可分为吸氢类（用A表示）和不吸氢类（用B表示），据此又可将储氢合金分为：AB5型、AB2 型、AB 型、A2B 型。

储氢材料研究现状与发展趋势xxx摘要：氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。

储存技术是氢能利用的关键。

储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。

本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属储氢(镁基储氢、Fe-Ti基储氢、金属配位氢化物、钒基固溶体型储氢)、碳基储氢、有机液体储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。

关键字：储氢材料，储氢性能，金属储氢，碳基储氢，有机液体储氢。

1.引言氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。

氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。

氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。

氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。

由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。

氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。

氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。

氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。

氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散，这给储存和运输带来很大困难。

当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。

储氢和输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。

当氢作为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时,应符合车载状况的要求。

对于车用氢气存储系统,国际能源署(IEA)提出的目标是质量储氢密度大于5wt%,体积储氢密度大于50kgH2/m3,并且放氢温度低于423K,循环寿命超过1000次;而美国能源部(DOE)提出的目标是到2010年质量储氢密度不低于6wt%,体积储氢密度大于45kgH2/m3;到2015年上述指标分别达9wt%和81kgH2/m3;到2010年车用储氢系统的实际储氢能力大于3.1kg(相当于小汽车行使500km所需的燃料)。

储氢材料简介摘要：化石能源的大规模开发利用带来了严重的能源和环境问题，新能源开发是解决能源危机和环境污染问题的一条出路，氢能因其独特优势而倍受青睐。

但氢的储存是氢能利用的瓶颈，高效、安全的储氢方式一直是氢能工作者的不懈追求。

储氢材料的研究开发有助于消除储氢的技术障碍，从而促使整个氢工业的发展。

本文通过介绍氢的储存方式、一些常用的储氢材料，特别是储氢合金，使读者对储氢材料的储氢原理、分类、各自的优缺点以及应用有个初步的了解。

关键词：氢能储氢材料储氢合金目录第一章绪论-----------------------------------------------------------------------------第二章储氢方式-----------------------------------------------------------------------2.1 气态储存-----------------------------------------------------------------------2.2液化储存------------------------------------------------------------------------2.3固态储存------------------------------------------------------------------------第三章储氢材料------------------------------------------------------------------------3.1 储氢合金------------------------------------------------------------------------3.1.1金属储氢原理----------------------------------------------------------3.1.2 储氢合金的要求------------------------------------------------------3.1.3储氢合金的分类-------------------------------------------------------3.1.4储氢合金的应用--------------------------------------------------------3.2配位氢化物储氢材料----------------------------------------------------------3.3碳质储氢材料-------------------------------------------------------------------3.3.1活性炭--------------------------------------------------------------------3.3.2碳纤维--------------------------------------------------------------------3.3.3有机液体氢化物--------------------------------------------------------第一章绪论人类进入21世纪，节能环保不再只是一句口号。

163一、储氢材料的发展煤炭和石油等一次能源随着人类的开发和使用，他们的储存量正在逐渐减少，同时他们的使用也给大气带来的许多破坏，于是人类开始寻找新的能源，太阳能是最环保、最安全的能源，但是太阳能的转换效率却成了难以攻克难关，风能、潮汐能并不适用于每一个地方，存在着很大的局域性，于是氢能的利用成了人们的首要选择，氢能虽然是存储量最丰富的能源之一，可是却不容易存储，储氢材料的发明，让氢能应用于人们生活的各个领域。

世界上最早的氢燃料电池于1839年由英国科学家威廉·格罗夫发明，在铂条上面安装有氢气和氧气的试管，水电解的“逆反应”产生了电流，让电灯亮了起来。

这一发明，我们姑且把这一发明“定义”为储氢材料发展的开端。

但是由于英国正在进行工业革命，这一发明被蒸汽机的光芒所遮盖。

一直到1966年Pebler开发出二元锆基合金，储氢材料才正式登上历史舞台，又间隔了十年，荷兰飞利浦实验室发现了LiNi5合金，紧接着1974年美国科学家又发现了AB钛储氢合金，1975年M.Shaw发现了可循环有机液体作为氢的载体。

紧接着各种储氢合金接踵而来，而储氢合金的性能也越来越优异。

现在已经发现的储氢材料可以分为：金属与合金储氢材料、非金属储氢材料、有机液体储氢材料、配位氢化物储氢材料和其他储氢材料。

储氢材料可用于贮氢材料应用很广，而且仍在不断发展中。

贮氢材料应用最为广泛的领域就是用作可充式电池，我国的内蒙古稀奥科镍氢动力电池有限公司、湖南科力远新能源股份有限公司 、深圳市倍特力电池有限公司、深圳市豪鹏科技有限公司、上海申建新能源股份有限公司 都在大量生产可充电式的镍氢电池，生产的镍氢电池环保、没有记忆效应、能量密度高、循环使用寿命长（可长达500次循环使用）。

贮氢材料还可以用来储制造热泵。

贮氢材料也可制成静态氢压缩机和致冷器。

用贮氢材料制造的压缩机用来做高压状态下的储氢瓶子；空间探测、红外探测系统中的冷源就是采用的储氢材料制成的致冷器，它利用太阳能作为动力能源把，水当作介质。