储氢材料研究进展课件.ppt

1、v 研究背景研究背景v 技术现状分析技术现状分析v 研究进展研究进展 金属氢化物金属氢化物 复杂金属氢化物复杂金属氢化物 碳基储氢材料碳基储氢材料 金属有机骨架金属有机骨架 Li-N 基储氢材料基储氢材料 氨氨-硼烷复合物硼烷复合物v 展望展望 氢的储存是氢能应用的前提和基础氢的储存是氢能应用的前提和基础.储存储存输运输运生物质生物质电能电能风能风能太阳能太阳能煤煤核能核能天然气天然气石油石油绿色能源绿色能源能源转化效率高能源转化效率高50%现有的储氢方法都不能满足对于储氢的安全高效、现有的储氢方法都不能满足对于储氢的安全高效、高密度、轻重量、低成本等要求！高密度、轻重量、低成本等要求！在新概

2、念指导下研发新的储氢材料和储氢技术是在新概念指导下研发新的储氢材料和储氢技术是将氢能应用推向规模化和实用化的关键将氢能应用推向规模化和实用化的关键 金属氢化物金属氢化物复杂金属氢化复杂金属氢化物物 碳基储氢材料碳基储氢材料金属有机骨架金属有机骨架Li-N基材料基材料NH3BH3 DOE(2010)12MpaZhu et al MWNTs:2.67 wt%H2，室温，10Mpa 碳基储氢材料碳基储氢材料:实验研究实验研究碱金属改性的碳纳米管碱金属改性的碳纳米管Chen et al.(纯度纯度99.99%)1999 Science K改性的改性的 MWNT:14 wt%H2，室温，室温，0.1Mp

3、a Li改性的改性的 MWNT:20 wt%H2，653K，0.1 MpaYang et al.(纯度纯度99.999%)K 改性的改性的 MWNT:1.8 wt%H2 Li 改性的改性的 MWNT 2.5 wt%H2SWNTsMWNTs碳基储氢材料碳基储氢材料:理论研究理论研究研究方法研究方法(单壁碳纳米管单壁碳纳米管)巨正则系综蒙特卡罗模拟巨正则系综蒙特卡罗模拟(GCEMC)基于紧束缚的自洽基于紧束缚的自洽DFT理论理论(SCC-DFTB)第一性原理第一性原理Method wt%H2 TPRzepka MC 1.3-2.5 77K10-20MPaLee DFT 5-10 liquid N2

4、 T reasonableDarkrim MC 11.24 77K10MPaWang MC DOE target ambient high v 文献报道的储氢量存在争议文献报道的储氢量存在争议(不可能超过不可能超过1wt%)1wt%)v 成本较高，循环性能研究较少成本较高，循环性能研究较少v 储氢机理有待于进一步研究储氢机理有待于进一步研究 金属有机骨架金属有机骨架(MOF)Zn:O:C:Omar M.Yaghi et al.,Science,2003,300,1127v 金属中心连接有机配体金属中心连接有机配体v 改变有机配体控制孔径大小改变有机配体控制孔径大小,调节材料比调节材料比面积和吸

5、附等性面积和吸附等性质质v 储氢量可达储氢量可达4.5wt%,但是储但是储氢温度较低氢温度较低(77K)图图1.H2吸附等温线吸附等温线(A)78 K(B)298 KOmar M.Yaghi et al.,JACS.,2004,126,5666v 最大吸氢量与每个配体结构单元中有机环的数目最大吸氢量与每个配体结构单元中有机环的数目成比例成比例v 吸放氢后结构稳定吸放氢后结构稳定金属有机骨架金属有机骨架(MOF)图图1.H2吸附等温线吸附等温线:77KLiNH2+2LiH Li2NH+LiH+H2 Li2NH+LiH+H2 Li3N+2H2(b)Chen P et al,Nature,2002,

6、420,302H/Li-N-H00.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.00.0Pressure(bar)1000.11101000.11100.1110100Li2NHRe-Li3NLi3NDes.Ab.Des.Des.Ab.Ab.255C图图2.Li3N和和Li2NH的的P-C-T曲线曲线5.8wt%11.5wt%Li-N基储氢材料基储氢材料图图1.Li3N 的的TG 结果结果100170210255(9.3wt%)501502503504500246810DesorptionAbsorption Wt%H2Temperature(oC)200 (6.3 wt%)320

7、 (3wt%)v 储储氢量大氢量大v 吸、放氢速度缓慢吸、放氢速度缓慢,动力学性能差动力学性能差 H3BNH3(l)H2BNH2(s)+H2(g)6.49 wt.%xH2BNH2(s)(H2BNH2)x(s)(H2BNH2)x(s)(HBNH)x(s)+xH2(g)6.94 wt.%总储氢量总储氢量13.43 wt.%(HBMNH)xborazine+othersBN+H2 v 储氢量大储氢量大v 氨等副产物毒害催化剂氨等副产物毒害催化剂v 可逆性差可逆性差NH3BH3(BA)图图 2.不同温度下不同温度下1 mol%H2PtCl6改性的改性的放氢量放氢量 图图.SEM图图(a)BA,(c)1

8、 mol%H2PtCl6改性的改性的Sara De Benedetto et al,Thermochimica Acta 441(2006),184NH3BH3(BA)小结小结储储氢氢技技术术分类分类优缺点优缺点金属氢化物金属氢化物安全性强安全性强,吸放氢易于控制，动吸放氢易于控制，动力学性能差力学性能差复杂金属氢化物复杂金属氢化物储氢量大、动力学性能差，储氢储氢量大、动力学性能差，储氢机理研究不足机理研究不足碳基储氢材料碳基储氢材料储氢量难重复储氢量难重复,成本高成本高,储氢机理储氢机理研究不足研究不足 金属有机骨架金属有机骨架可调节材料比可调节材料比面积等性面积等性质质,储氢储氢温度较低温

9、度较低Li-N基材料基材料储储氢氢量大，动力学性能差量大，动力学性能差氨氨-硼烷复合物硼烷复合物储储氢氢量大量大,可逆性差可逆性差,副产物毒害副产物毒害催化剂催化剂高性能储氢材料的研究与发展高性能储氢材料的研究与发展 广泛探索新的储氢材料，主要立足于化学制备方法和途径，发广泛探索新的储氢材料，主要立足于化学制备方法和途径，发展高性能储氢材料，同时为新材料的制备奠定基础。展高性能储氢材料，同时为新材料的制备奠定基础。氢的储存机理研究氢的储存机理研究 从化学角度理解储氢的本质，为新材料的发展提供理论基础。从化学角度理解储氢的本质，为新材料的发展提供理论基础。储氢材料的大规模连续制备储氢材料的大规模连续制备 结合材料的探索研究，立足实用，发展制备技术。结合材料的探索研究，立足实用，发展制备技术。氢气的储存释放系统氢气的储存释放系统 将氢气的储存与释放作为整体，发展实用的储氢系统。将氢气的储存与释放作为整体，发展实用的储氢系统。