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带来新能源变革的储氢合金材料

发布时间: 2019-03-07 14:07:56   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

能源与人类社会的生存和发展密切相关,是推动人类社会发展和进步的不竭动力。众所周知,当今世界的主要能源是石油、煤、天然气等天然化石燃料,这些化石燃料是不可再生资源,数量有限。同时化石燃料的使用还带来了一系列环境问题,如酸雨、空气污染、温室效应等等。为了可持续发展,再传统能源的日益匮乏以及生态污染程度的加剧的当今时代,世界各国都加强了对新能源的探索和研究,这其中氢能作为一种高效清洁的二次再生能源受到了人们广泛的关注。氢能燃烧热值高,清洁无污染,被称为会带来新能源变更的绿色能源。

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绿色环保的氢能

氢能利用最核心的环节是氢气的储存,如何高效安全的储存氢气是目前氢能利用的一个主要瓶颈。传统的氢能储存方式主要采用高压气态储氢和低温液态储氢。高压气态储氢是将氢气压缩在高压容器中储存,这种储存方式最大的问题在于储氢密度低、对储氢气瓶压力要求极高,且在运输的过程中存在着安全隐患。低温液态储氢是在低温条件下将氢气液化后放入高绝热的容器中储存,这种方式最主要问题在于氢气液化液化能耗极大,几乎达到所储氢能燃烧热值的40%,并且要求储罐的绝热性能极高,以防止液态氢汽化沸腾。

储氢合金就是一种特别的固体材料,在一定的温度压力下能够大量吸收氢气形成金属氢化物,同时放出热量;在升高温度后,这些金属氢化物又会分解,将储存在其中的氢气释放出来。这些可以吸收、储存、释放氢气的合金材料被称为储氢合金。储氢合金能够很好的解决传统储氢技术储氢密度低和安全系数差的问题,其储氢密度是相同温度压力条件下,气态储氢的1000倍左右,具有高度的安全性,并且能耗和成本又远低于液态储氢。

储氢合金是由易与氢元素结合形成氢化物的元素A,与不吸氢的元素B组成。其中元素A决定合金吸收氢气的数量,即储氢量,如常用的A元素主要为Ti、Mg、La、V、Zr等;元素B决定吸收和释放氢的反应的,如常用的B元素主要为Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al等。目前储氢材料中主要研究体系包括稀土系(AB5型)、镁系(A2B型)、钛系(AB型)、锆系(AB2型)、钒系(BCC)等。

自1984年,荷兰Philips公司解决了LaNi5合金在循环中的容量衰减问题,为储金合金制造新能源电池扫清了最后一个障碍,Ni/MH电池负极材料就成为储氢材料目前最重要的应用研究方向。Ni/MH电池负极材料多采用稀土系储氢合金,其充放电原理充分利用了储氢合金的吸放氢性能,通过碱性电解液,氢在金属氢化物电极和Ni(OH)2电极之间运动,即充电过程中氢以原子状态固溶到贮氢合金中, 并形成金属氢化物,将电能转变为化学能;在放电过程中,氢失去电子, 将化学能转变为电能。Ni/MH电池具有较高的电容量(为镍镐电池的1.5~2倍)、良好的高倍率放电性能结构、较长的循环寿命(一般可充放电50次左右)。目前,Ni/MH电池在小型便携式电子器件中已得到广泛应用,尤其是在笔记本和手机电池中已完全代替了传统的镍镐电池,在电动工具、电动车辆、混合动力车辆上也逐步推广应用。

储氢合金材料的飞速发展,给氢能源的利用开辟了一条广阔的道路。我国稀土资源丰富,稀土系储氢合金研究开发也较早就开展,技术也已基本达到国际先进水平,伴随着传统能源的逐渐枯竭和环境保护的日益重视,化石能源被清洁、环保、高效的新能源取代,是本世纪几乎不可逆转的趋势之一。储氢合金材料材料制备新能源电池技术拥有众多天然的优势,如能量密度高、充能快、零排放等,因此储氢合金材料将成为新时代新能源革命的关键核心材料!