固體儲(chǔ)氫材料的研究綜述*

張四奇

廣東省稀有金屬研究所,廣東省稀土開發(fā)及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650

固體儲(chǔ)氫材料的研究綜述*

張四奇

廣東省稀有金屬研究所,廣東省稀土開發(fā)及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650

氫能是替代化石燃料的首選新能源之一，氫氣的安全、經(jīng)濟(jì)、高效儲(chǔ)存是制約氫能推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸.固體儲(chǔ)氫是最有發(fā)展前景的儲(chǔ)氫技術(shù)，本文綜述了主要固體儲(chǔ)氫材料的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了現(xiàn)有的研究狀況，并展望了未來儲(chǔ)氫材料的發(fā)展方向.

氫能；儲(chǔ)氫材料；儲(chǔ)氫合金；固體儲(chǔ)氫

能源為現(xiàn)代社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和持續(xù)發(fā)展提供了動(dòng)力.工業(yè)革命以來，能源技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，因而人類社會(huì)得以快速發(fā)展.當(dāng)前，人們開發(fā)利用的主要能源是化石燃料，包括煤、石油和天然氣等.這些能源存在一些問題：一方面化石燃料具有不可再生的特點(diǎn)，隨著人們消耗能源速度的加快，化石燃料終有一天會(huì)枯竭；另一方面，化石燃料在使用過程會(huì)產(chǎn)生一系列的環(huán)境問題，包括環(huán)境污染和全球變暖等，將對(duì)人類的生存造成威脅[1].

氫能原料來源廣泛、對(duì)環(huán)境無污染并且能量轉(zhuǎn)換效率高，是替代化石燃料的首選新能源之一[2].氫能的開發(fā)利用是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)工程，主要包括氫的生產(chǎn)、應(yīng)用、儲(chǔ)存及運(yùn)輸幾大關(guān)鍵技術(shù)[3].

目前氫的生產(chǎn)和應(yīng)用已有相當(dāng)成熟的技術(shù)，制約氫能推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸在于氫氣的儲(chǔ)存[4].目前氫氣的規(guī)模化制備主要通過石油裂解和天然氣重整等技術(shù)實(shí)現(xiàn).未來還可以利用太陽能光解/電解水或生物制氫等技術(shù)來生產(chǎn)氫氣.氫能利用技術(shù)主要有氫燃料電池和氫內(nèi)燃機(jī)，氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)已基本成熟，且能量利用效率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越汽油內(nèi)燃機(jī)[2].用氫作為汽車動(dòng)力的來源越來越受重視，交通運(yùn)輸業(yè)將是氫能的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域[5].然而，氫是所有元素中最輕的，在常溫常壓下為氣態(tài)，氫氣的密度為0.0899 kg/m3，是水的萬分之一.如何將氫在常溫常壓下安全有效地儲(chǔ)存和運(yùn)輸成為制約氫能利用的核心問題，其關(guān)鍵是開發(fā)合適的儲(chǔ)氫技術(shù)，使其具有足夠的質(zhì)量與體積儲(chǔ)氫密度，并能夠使氫在溫和的條件下可控制地釋放[2].

1 儲(chǔ)氫技術(shù)概述

氫的儲(chǔ)存技術(shù)可以分為三類：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)儲(chǔ)氫[6-7].氣態(tài)儲(chǔ)氫是將氫氣壓縮后儲(chǔ)存在高壓容器中，儲(chǔ)存壓力一般是10～15MPa.氣態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)點(diǎn)是充放氫速度快，成本較低，缺點(diǎn)是儲(chǔ)氫量小，充滿15 MPa氫氣的標(biāo)準(zhǔn)高壓鋼瓶的儲(chǔ)氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))僅為1.0%，并且在運(yùn)輸和使用過程中存在氫氣泄漏、容器破裂或爆炸的危險(xiǎn)，安全性差.此外，在氫氣壓縮的過程中，需要消耗大量的壓縮功[1,4].液態(tài)儲(chǔ)氫法是利用低溫技術(shù)將氫氣液化后，儲(chǔ)存在特殊容器內(nèi).該方法具有儲(chǔ)氫體積密度高、容器體積小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是液化過程能耗高(約占儲(chǔ)氫能量的25%～45%)，儲(chǔ)存的容器需要具有非常好的絕熱性能，因而成本高昂；同時(shí)，液態(tài)儲(chǔ)氫也存在一定的泄漏風(fēng)險(xiǎn)[2,4].固體儲(chǔ)氫技術(shù)是利用氫氣與儲(chǔ)氫材料通過物理或化學(xué)方式結(jié)合來實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)存，能有效克服氣、液兩種儲(chǔ)存方式的不足，而且儲(chǔ)氫密度大、安全性高、運(yùn)輸方便，特別適合在氫能汽車上使用.因此，固體儲(chǔ)氫引起了人們特別的關(guān)注，成為目前儲(chǔ)氫技術(shù)研究的熱點(diǎn)[4,6,8].

衡量儲(chǔ)氫技術(shù)性能的主要參數(shù)有：儲(chǔ)氫體積密度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、充放氫的可逆性、充放氫速率、能耗高低、可循環(huán)使用壽命及安全性等.許多機(jī)構(gòu)和部門對(duì)儲(chǔ)氫技術(shù)提出了標(biāo)準(zhǔn)，包括國際能源協(xié)會(huì)(International Energy Agency，IEA)、日本世界能源網(wǎng)絡(luò)(World Energy Network，WENET)等.其中，美國能源部(Department of Energy，DOE)公布的標(biāo)準(zhǔn)指出理想儲(chǔ)氫技術(shù)，需滿足含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積密度高、循環(huán)壽命長、安全性高等條件[9].此外，還應(yīng)盡量降低儲(chǔ)氫成本、提高充放氫速率[10].2001年以來，國際能源協(xié)會(huì)(IEA)制定了車用氫氣存儲(chǔ)系統(tǒng)目標(biāo)：建立一種可逆的質(zhì)量儲(chǔ)氫容量大于5%的媒介，在低于80 ℃和0.1 MPa下釋放氫氣.為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科學(xué)家開展了大量研究工作[4,11].

2 儲(chǔ)氫材料

固體儲(chǔ)氫技術(shù)的關(guān)鍵是儲(chǔ)氫材料的開發(fā)，儲(chǔ)氫材料主要包括物理吸附類材料、金屬基儲(chǔ)氫合金和配位氫化物等.

2.1 物理吸附類材料

物理吸附類材料主要是通過范德華力將氫氣可逆地吸附在比表面積高的多孔材料上，具有儲(chǔ)氫方式簡單、吸放氫容易等優(yōu)點(diǎn).這類材料包括碳基材料(如石墨、活性炭、碳納米管)、無機(jī)多孔材料(如沸石分子篩)和金屬有機(jī)骨架化合物等.由于大多數(shù)物理吸附類材料在較低的溫度下才能達(dá)到一定的儲(chǔ)氫密度，常溫常壓下吸氫量很低，所以限制了其應(yīng)用.但其作為車載動(dòng)力儲(chǔ)氫材料，可以通過控制壓力達(dá)到較高的瞬時(shí)氫脫附量，這是化學(xué)吸附類材料所不具備的優(yōu)勢.如果能開發(fā)出在常溫下具有較高儲(chǔ)氫量的物理吸附類材料，將對(duì)未來以氫為動(dòng)力的移動(dòng)裝置產(chǎn)生重要的影響[2].

2.1.1 碳基儲(chǔ)氫材料

碳質(zhì)材料具有高度的無序多孔結(jié)構(gòu)，廣泛用作干燥劑、凈化器和解毒劑等，同時(shí)有很強(qiáng)的吸附氣體能力，因而能用作儲(chǔ)氫材料.碳基儲(chǔ)氫材料主要包括高比表面積活性炭(AC)、石墨納米纖維(GNF)和碳納米管(CNT)等[4,8].

碳基材料的儲(chǔ)氫能力與其本身的比表面積大小成正比，與溫度和壓力等儲(chǔ)氫條件也有密切的關(guān)系[8].碳材料的儲(chǔ)氫特點(diǎn)是安全性高、成本低、可逆性良好以及壽命長等.碳材料可以儲(chǔ)存高密度的氫氣，但需滿足以下兩點(diǎn)：一是要屏蔽分子之間的斥力；二是在碳材料表面和管束間吸收盡可能多的氫氣[9].國內(nèi)外學(xué)者的研究成果表明碳材料儲(chǔ)氫具有很好的應(yīng)用前景[12-14].

活性炭(AC)又稱碳分子篩，因具有孔隙度高、比表面積高[8]、吸附能力大、表面活性高、循環(huán)使用壽命長、儲(chǔ)氫量高和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，使其成為一種獨(dú)特的多功能吸附劑.活性炭儲(chǔ)氫的原理為在中低溫(77～273 K)、中高壓(1～10 MPa)下利用其超高的比表面積來吸附儲(chǔ)氫.一方面H2的吸附量與碳材料的表面積成正比；另一方面活性炭吸氫性能與溫度和壓力密切相關(guān)，溫度越低、壓力越大，則儲(chǔ)氫量越大[15].

石墨納米纖維(GNF)是一種由含碳化合物經(jīng)所選的金屬催化劑催化分解而產(chǎn)生的，主要有薄片狀、管狀、帶狀、棱柱狀和鯡魚骨狀幾種類型[4,16].Chambers等[17]用鯡魚骨狀的石墨納米纖維在12 MPa和25 ℃下得到儲(chǔ)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67%，但其他科研人員對(duì)石墨納米纖維的儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了大量的研究，均未達(dá)到Chambers得到的高儲(chǔ)氫量，現(xiàn)有的理論也根本無法解釋如此高的吸附量.目前，科研人員認(rèn)為石墨納米纖維高密度儲(chǔ)氫希望渺茫[6,8].

從微觀結(jié)構(gòu)上來看，碳納米管(CNT)具有特殊的微孔結(jié)構(gòu)，由一層或者多層同軸中空管狀石墨烯構(gòu)成，對(duì)氣體有很強(qiáng)的吸附性.碳納米管可以分為單壁碳納米管(SWNT)、多壁碳納米管(MWNT)以及由單壁碳納米管束形成的復(fù)合管[4,8].1997年，美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室的 Dillon等首次報(bào)道了碳納米管儲(chǔ)氫的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，純的碳納米管的質(zhì)量儲(chǔ)氫能力可達(dá)5%～10%，因此成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)[6].世界各國的科研人員對(duì)CNT儲(chǔ)氫做了廣泛的研究，證明CNT具有一定的儲(chǔ)氫能力.相同條件下，SWCNT和MWCNT的儲(chǔ)氫容量有差異；不同溫度和壓力條件下，同一種CNT的儲(chǔ)氫容量也不同[8].氫在CNT中的吸附為單分子層吸附，飽和吸附量的對(duì)數(shù)值隨溫度升高呈線性下降[4].

2.1.2 無機(jī)多孔材料

無機(jī)多孔材料是指具有結(jié)構(gòu)性納米孔道的多孔材料，如沸石、海泡石等.目前作為儲(chǔ)氫材料研究最多的主要是沸石.沸石是一種水合結(jié)晶硅鋁酸鹽，具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu).沸石的儲(chǔ)氫量主要取決于其獨(dú)特的孔籠結(jié)構(gòu)或復(fù)雜的孔道體系[8].通過對(duì)沸石吸附儲(chǔ)氫的研究，人們不斷地發(fā)展和豐富沸石吸附儲(chǔ)氫的理論內(nèi)容.但沸石等無機(jī)多孔材料因其自身單位質(zhì)量較大，且操作溫度低等原因，其儲(chǔ)氫效果同樣不夠理想[2].

2.1.3 金屬有機(jī)框架儲(chǔ)氫材料

金屬有機(jī)框架化合物(Metal Organic Frameworks，MOFs)又稱為金屬有機(jī)配位聚合物，是一類具有超大比表面積的新型多孔結(jié)晶材料，一般由過渡金屬離子與有機(jī)配體通過金屬-配體的絡(luò)合作用自組裝形成具有超分子微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的類沸石(有機(jī)沸石類似物)材料[18].MOFs中的氫氣是以分子態(tài)被吸附的，其金屬與氫的結(jié)合比石墨化的碳與氫的結(jié)合更為牢固[2,4].MOFs具有微孔尺寸和形狀可調(diào)、比表面積高、純度高及結(jié)晶度高等優(yōu)點(diǎn)，在氣體存儲(chǔ)上顯示出一定的優(yōu)勢，適合用于氫的長距離運(yùn)輸和長周期性儲(chǔ)存[2].

壓力對(duì)MOFs材料的儲(chǔ)氫容量影響較小，而溫度對(duì)MOFs材料的儲(chǔ)氫容量有較大影響[8,19].目前，儲(chǔ)氫用金屬有機(jī)框架化合物類材料主要有MOF-5、HKUST-1和MIL-53，它們?cè)谝旱碌臍錃怙柡臀搅?質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為5.1%，3.6%和4.5%[18].室溫條件下，MOFs材料的儲(chǔ)氫容量較小，且催化加氫脫氫設(shè)備成本較高，技術(shù)操作復(fù)雜，脫氫反應(yīng)效率低，因而商業(yè)應(yīng)用前景黯淡[2,9].

2.1.4 玻璃微球儲(chǔ)氫材料

作為儲(chǔ)氫材料的中空玻璃微球通常直徑為25～500 μm，壁厚低于1 μm.在200～400 ℃范圍內(nèi)玻璃微球壁面的穿透率增大，使氫氣可在一定壓力的作用下進(jìn)入到玻璃球中.當(dāng)溫度降到室溫附近時(shí)，玻璃微球的穿透性消失，氫氣留在玻璃微球內(nèi)；隨著溫度的升高，玻璃微球的穿透性又逐漸增大，使氫氣得逐漸釋放出來.中空玻璃微球儲(chǔ)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～42%，其技術(shù)難點(diǎn)一方面在于制備高強(qiáng)度的空心微球[4]，另一方面由于玻璃微球本身導(dǎo)熱率較低，因而氫的釋放速率也很低[8].

2.2 金屬基儲(chǔ)氫合金材料

儲(chǔ)氫合金是指在一定溫度和壓力下能可逆地大量吸收、儲(chǔ)存和釋放氫氣的金屬間化合物.儲(chǔ)氫合金是利用金屬或合金與氫反應(yīng)后生成金屬氫化物來儲(chǔ)氫，金屬氫化物經(jīng)加熱后又可以釋放出氫.元素周期表中的部分金屬能夠與氫反應(yīng)形成金屬氫化物，反應(yīng)比較簡單，只要控制一定的溫度和壓力，金屬和氫氣接觸便能發(fā)生反應(yīng)[11].相比氣態(tài)高壓儲(chǔ)氫和液化儲(chǔ)氫，金屬氫化物儲(chǔ)氫更加安全.此外，基于氫化物的固態(tài)儲(chǔ)氫具有可逆循環(huán)、制備技術(shù)和工藝相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的一種儲(chǔ)氫方式[1,4].金屬基儲(chǔ)氫合金材料主要分為鎂系、稀土系、鈦系等種類.

大部分金屬氫化物的儲(chǔ)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～3%，重量儲(chǔ)氫容量有待進(jìn)一步提高[1].金屬氫化物要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還須提高單位質(zhì)量、單位體積的吸氫容量，降低分解溫度和分解壓力，減少放氫時(shí)所需的能量[9].

2.2.1 鎂基合金儲(chǔ)氫材料

鎂基合金儲(chǔ)氫材料憑借儲(chǔ)氫量高、原料豐富、價(jià)格低廉以及釋放產(chǎn)生氫氣的純度高的特點(diǎn)成為很有發(fā)展前途的固態(tài)儲(chǔ)氫材料之一[20-23].

單質(zhì)鎂在較高的溫度和壓力下可直接與氫發(fā)生反應(yīng)生成MgH2，其理論含氫量為7.6%.MgH2在287 ℃的分解壓約為101.3 kPa.但純鎂的吸放氫條件比較苛刻，吸放氫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)性能較差，放氫需要的溫度較高，因此少有應(yīng)用[2, 4].

鎂基合金儲(chǔ)氫材料主要是Mg-Ni系合金，鎳的加入對(duì)鎂氫化物的形成起催化作用，加快了氫化反應(yīng)速度.由鎂和鎳熔煉成的Mg2Ni合金在2 MPa和300 ℃下與氫反應(yīng)生成Mg2NiH4，在壓力為0.101 MPa下的放氫溫度為 253 ℃，比純鎂的要低.在Mg-Ni合金中添加第三種元素，如Ti，F(xiàn)e，La，可以改善Mg-Ni合金的儲(chǔ)氫性能.單純用一種元素取代Mg或Ni，雖然合金性能有所改善，但總體性能仍不能滿足需要.因此，許多研究者采取同時(shí)對(duì)Mg和Ni進(jìn)行部分取代的方法制取儲(chǔ)氫材料[4].目前，鎂基合金儲(chǔ)氫材料主要存在鎂易氧化、材料易粉化以及吸放氫溫度過高等問題，這些制約著其作為氫能規(guī)模化利用候選材料的發(fā)展[2].

2.2.2 稀土系儲(chǔ)氫材料

稀土儲(chǔ)氫合金具有優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)性能和穩(wěn)定性以及較高的儲(chǔ)氫容量，在固體儲(chǔ)氫方面得到了極大的應(yīng)用.稀土儲(chǔ)氫合金中稀土元素主要以輕稀土La和Ce為主[10].

稀土系儲(chǔ)氫合金以LaNi5為代表，可用通式AB5表示.LaNi5是最早被發(fā)現(xiàn)的稀土系儲(chǔ)氫材料，也是儲(chǔ)氫合金中性能較好的一類材料,具有較好的應(yīng)用前景.其最大儲(chǔ)氫密度約1.38%，25 ℃時(shí)分解壓約0.2 MPa.其優(yōu)點(diǎn)是吸氫能力較高且條件較溫和、吸放氫速度快、活化容易、對(duì)雜質(zhì)不敏感、平衡壓適中及滯后小.LaNi5的缺點(diǎn)是吸氫后晶胞體積膨脹較大、容易粉化、循環(huán)退化嚴(yán)重且成本很高.為降低稀土合金的成本，采用混合稀土如Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Y等元素部分取代La，形成混合稀土MmNi5儲(chǔ)氫合金，儲(chǔ)氫量與LaNi5基本相同，但氫分解壓增大，活化條件苛刻，難于實(shí)用.研究發(fā)現(xiàn)，在富La的MmNi5系合金中，MmNi5合金[(La+Nd)≥70%]不僅保持了LaNi5合金的優(yōu)良特性，而且儲(chǔ)氫量和動(dòng)力學(xué)特性優(yōu)于LaNi5，所以這種合金更具有實(shí)用價(jià)值[10].以第三組分元素如Al，Cu，Mn，Si，Ca，Zr，V，Co，Ag等部分取代Ni，可改善LaNi5儲(chǔ)氫性能，降低其氫分解壓.元素Co能減小合金氫化后的體積膨脹，提高合金的抗粉化能力和合金的使用壽命.總之，稀土系儲(chǔ)氫材料因稀土元素價(jià)格高、循環(huán)性能差及易粉化等問題，目前無法得到規(guī)?；瘧?yīng)用[2,4,10].

2.2.3 鈦系儲(chǔ)氫材料

鈦鐵合金是鈦系儲(chǔ)氫合金的典型代表，活化后在室溫下能可逆地吸放大量氫，理論儲(chǔ)氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為1.86%，平衡氫壓在室溫下為0.3 MPa，可以工業(yè)應(yīng)用，且資源豐富、價(jià)格便宜.其缺點(diǎn)是不易被活化，吸放氫需要高溫高壓條件(450℃，5MPa)，抗雜質(zhì)能力中毒性差，易受H2O和O2等氣體雜質(zhì)的影響，且反復(fù)吸氫后性能下降，循環(huán)壽命短.用其它元素代替Fe，可以實(shí)現(xiàn)室溫活化[4].研究結(jié)果表明：用Mn，Cr，Zr和Ni等過渡元素取代TiFe合金中的部分Fe可明顯改善合金的活化性能.目前，鈦基儲(chǔ)氫材料因易形成TiO2致密層而導(dǎo)致其難活化，使其應(yīng)用受到嚴(yán)重限制[2].TiNi系合金被認(rèn)為是一種良好的儲(chǔ)氫電極材料，但容量較低，與其它儲(chǔ)氫合金相比，還存在可逆容量小且循環(huán)壽命短的問題[4].

2.3 配合物儲(chǔ)氫材料

配合物儲(chǔ)氫材料是由堿金屬(Li，Na，K)或堿土金屬(Mg，Ca)與第ⅢA主族元素(B，Al)組合形成的.目前，開發(fā)中的高容量配合物儲(chǔ)氫材料主要包括：金屬鋁復(fù)合氫化物、金屬硼氫化物和金屬氮?dú)浠锏?這類材料的理論儲(chǔ)氫量高，如NaBH4，Mg(BH4)2和LiBH4的理論儲(chǔ)氫量分別為10.8%，14.9%和18%，是最有希望滿足美國DOE對(duì)輕型汽車用車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)最新要求的儲(chǔ)氫介質(zhì)[1].但這類材料儲(chǔ)氫的可逆性較差，且常伴有副反應(yīng)發(fā)生[2]，因而沒能大量商業(yè)化應(yīng)用[4,8].

2.3.1 金屬鋁復(fù)合氫化物儲(chǔ)氫材料

典型的金屬鋁復(fù)合氫化物包括NaAlH4，LiAlH4，Mg(AlH4)2，Na2LiAlH6，LiMg(AlH4)3等.NaAlH4的放氫產(chǎn)物再氫化非常困難，因此，盡管NaAlH4的理論重量儲(chǔ)氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))可達(dá)7.4%，但在很長一段時(shí)間內(nèi)，只是作為有機(jī)合成反應(yīng)里的還原劑使用，并未考慮其在儲(chǔ)氫領(lǐng)域的應(yīng)用[1].后來研究人員將Ti，F(xiàn)e，Ce，Cr等金屬摻雜到NaAlH4中來提高其儲(chǔ)氫性能，且加氫反應(yīng)可在低于材料熔點(diǎn)(185 ℃)的固態(tài)條件下實(shí)現(xiàn).盡管材料的某些性能得到改善，但仍存在材料儲(chǔ)氫可逆性差等問題，而無法得到應(yīng)用[2,4].

2.3.2 金屬硼氫化物儲(chǔ)氫材料

典型的金屬硼氫化物包括LiBH4，NaBH4，Mg(BH4)2，Ca(BH4)4等，它們的氫含量均超過10%.但由于B—H之間強(qiáng)的共價(jià)鍵作用，導(dǎo)致其熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，其吸放氫反應(yīng)在較高的溫度下才能進(jìn)行，嚴(yán)重阻礙了其實(shí)用化[1].

2.3.3 金屬氮?dú)浠飪?chǔ)氫材料

金屬氮?dú)浠锸?002年才被引入儲(chǔ)氫材料研究領(lǐng)域的一種新型高容量儲(chǔ)氫體系，它是一類由金屬氨基氫化物和金屬氫化物組成的復(fù)合儲(chǔ)氫體系，典型的包括LiNH2/LiH，Mg(NH2)2/LiH，Ca(NH2)2/LiH和LiNH2/LiBH4等[1-2].金屬氨基氫化物L(fēng)i-N-H體系是最早報(bào)道的金屬氮?dú)浠镱悆?chǔ)氫材料，Li3N可以在170～210 ℃下吸氫后生成LiNH2和LiH.Li3N放氫溫度較高，放氫速度緩慢，采用Mg元素部分替代Li元素，開發(fā)出的Li-Mg-N-H系儲(chǔ)氫材料可以降低金屬氮?dú)浠飪?chǔ)氫材料的吸放氫溫度[1-2，24-26].金屬氮?dú)浠矬w系盡管表現(xiàn)出良好的應(yīng)用發(fā)展前景，但現(xiàn)有體系的儲(chǔ)氫容量以及吸放氫溫度和速度尚不能滿足實(shí)用化的要求，有待于進(jìn)一步改善[1].

3 結(jié) 語

固體儲(chǔ)氫技術(shù)由于安全、可靠，具有良好應(yīng)用前景.開發(fā)適用于常溫條件下的低成本、高容量儲(chǔ)氫材料，保證氫氣安全有效的儲(chǔ)存，是解決氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵.目前儲(chǔ)氫材料主要集中在開發(fā)新材料或?qū)υ胁牧线M(jìn)行改性，對(duì)不同儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫機(jī)理有待于進(jìn)一步研究.盡管儲(chǔ)氫材料的研究取得了許多進(jìn)展，但現(xiàn)有的主要儲(chǔ)氫材料均存在不同程度的缺陷，離氫能技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用尚有相當(dāng)長的距離.開發(fā)安全穩(wěn)定高效、循環(huán)壽命長的儲(chǔ)氫材料，實(shí)現(xiàn)固體儲(chǔ)氫材料的工業(yè)化制備是未來儲(chǔ)氫材料研究的主要方向.

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Reviewofsolid-statehydrogenstoragematerials

ZHANG Siqi

GuangdongResearchInstituteofRareMetals，GuangdongProvinceKeyLaboratoryofRareEarthDevelopmentandApplication，Guangzhou510650，China

Hydrogen energy is one of the preferred alternative fuels for fossil fuels.The safety，economical and efficient storage of hydrogen is a technical bottleneck restricting the popularization and application of the hydrogen energy.Solid-state hydrogen storage is the most promising hydrogen storage technology.In this paper, the advantages and disadvantages of main solid-state hydrogen storage materials are summarized.The current research status is summarized and the future development of hydrogen storage materials is also expected.

hydrogen energy；hydrogen storage material；hydrogen storage alloy；solid-state hydrogen storage

2017-10-30

稀有金屬冶金及功能材料開發(fā)(2017GDASCX-0110)

張四奇(1960-)，男，河北省冀州人，工程師，本科.

1673-9981(2017)04-0211-06

TK91

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