材料化学chapter7-2储氢合金52页PPT
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储氢合金材料简介氢是一种高效能且对自然环境无污染的燃料,1千克氢燃烧时可放出14万焦耳的热量,是同样重量汽油发热量的3倍。
氢气可以通过电解水的方法产生,同时它燃烧后又生成水,因此氢气是不污染环境、取之不尽、用之不竭的新型能源。
氢在常温下是气体,脾气很暴躁,当与空气混合浓度达到4~97% 范围时就会与明火燃烧爆炸,这就给使用、运输和储存带来了困难。
因此,若没有一种方便的储存氢气的办法,氢就不可能作为普通的常规能源得到广泛应用。
常规储氢办法包括高压钢瓶装压缩气态氢和一种特制瓶装液态氢两种。
利用高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气,瓶内最高可加压到几百个大气压,但即使这样,由于钢瓶储存氢气的容积小,存储量有限,因此所装氢气的质量不到氢气瓶质量的1%,而且既笨重,又有爆炸的危险。
采用液态氢储存方式,就是先将气态氢降温到-253℃变为液体后保存在一个特殊结构的液体氢储存箱,然而由于液体储存箱非常庞大,而且需要极好的绝热装置来隔热,才能防止液态氢不会沸腾汽化以至流失。
目前,液氢主要用作火箭和航天飞机等特殊领域的液体燃料,它与液氧燃烧放出巨大的能量来推动火箭和航天飞机飞行。
总的来说,高压储氢和液态储氢两种存储氢方式,都需要消耗大量的机械能来压缩氢气或液化氢气,因此能耗非常高,且存在存储容器笨重不便、不安全等缺点,因而其应用受到限制。
图 1 储氢钢瓶图 2 以液氢为燃料的火箭20世纪60年代,材料王国里出现了能储存氢的金属和合金,统称为储氢合金(hydrogen storage metal ),这些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力,它可以在一定的温度和压力条件下,氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子,而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中,并与合金进行化学反应生成金属氢化物(metal hydrides),外在表现为大量“吸收”氢气,同时放出大量热量。
而当对这些金属氢化物进行加热时,它们又会发生分解反应,氢原子又能结合成氢分子释放出来,而且伴随有明显的吸热效应。