二、儲氫合金及應用1、氫能與儲氫材料能源、環境、可持續發展→當今社會發展的三大主題能源→人類活動的源泉清潔能源→人類社會健康發展的基礎氫能（Hydrogenenergy）→面向21世紀的理想清潔能源之一1最新課件二、儲氫合金及應用1、氫能與儲氫材料1最新課件化石能源——煤、石油、天然氣→環境污染，資源漸趨枯竭可再生能源——太陽能、風能、海洋能、地熱能、生物能、氫能等→環境友好，取之不盡清潔且可再生能源的開發和利用→國家經濟可持續發展的重要保障2最新課件化石能源——煤、石油、天然氣→環境污染，資源漸趨枯竭2最（1）氫能氫能→以氫及其同位素為主導的反應中（或在狀態變化過程中）所釋放的能量氫與氧化劑發生化學反應放出燃燒熱或通過燃燒反應得化學能→氫發動機、燃料電池等氫的熱核反應放出熱核能或聚變能→氫彈、可控核聚變反應氫能是一種理想的二次能源3最新課件（1）氫能3最新課件氫能的優點：氫是自然界中存在最普遍的元素，它構成宇宙質量的3/4，在地球上主要以化合物形式存在于水中從水中可分解出氫，氫燃燒反應又生成水，所以是取之不盡、用之不竭的能源氫本身無毒，氫燃燒反應不會像礦物燃料那樣產生大量煙塵和有害氣體→清潔能源氫的發熱值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，(1.21-1.43)X105kJ/kg?H2，是汽油發熱值的3倍，焦炭發熱值的4.5倍4最新課件氫能的優點：4最新課件氫的燃燒性能好，點燃快，可燃范圍寬，燃點高，燃燒速度快在所有氣體中，氫氣的導熱性最好，比大多數氣體的導熱系數高10倍，是極好的傳熱載體用途廣泛，可直接用作發動機燃料、燃料電池燃料、化工原料等氫可以以氣態、液態或固態的金屬氫化物形式存在，能適應儲運及各種應用環境的不同要求可作為儲能介質，經濟和有效地輸送能源，作為二次能源，氫的輸送與儲存損失比電力小5最新課件氫的燃燒性能好，點燃快，可燃范圍寬，燃點高，燃燒速度快5最新氫能源的開發引起各國政府的極大重視上世紀90年代起，美、日、德等發達國家均制定了系統的氫能研究與發展規劃中國、印度、墨西哥等發展中國家也有相應的規劃考慮短期目標→燃料電池汽車的商業化，在20年左右時間內，使氫能在總能源系統中占有一定份額長期目標→在化石能源枯竭時，承擔起主體能源的角色6最新課件氫能源的開發引起各國政府的極大重視6最新課件隨著科學技術的發展，氫能的應用不是遙遠的未來，未來的經濟可望實現氫經濟氫能轉化為動力→動力產生電能而走向家家戶戶→成為人類今后長期依靠的一種通用燃料與電力一起，成為21世紀能源體系的兩大支柱7最新課件隨著科學技術的發展，氫能的應用不是遙遠的未來，未來的經濟可望一次能源二次能源最終用戶太陽能風能海洋能地熱能氫氣電力汽車、飛機、船舶工業、農業、民生21世紀能源結構體系8最新課件一次能源二次能源最終用戶太陽能氫氣電力汽車、（2）氫能系統與氫能技術氫能系統：一個有機聯系的系統工程包括制氫（hydrogenproduction）、氫儲存和輸運（hydrogenstorageandtransportation）、氫的利用（hydrogenutilization）三大關鍵系統每個系統都在發展各自的相應技術9最新課件（2）氫能系統與氫能技術9最新課件制氫技術：化石燃料制氫，以煤、石油或天然氣等作原料制氫，產量大，效率高，但伴有大量CO2排放水分解制氫，可通過電解、熱化學循環分解、光化學分解等方式進行，氫的純度高，效率低，成本高生物質制氫，包括生物質汽化或裂解制氫和微生物制氫，前者效率高但氫氣純度低，后者規模和效率有待提高10最新課件制氫技術：10最新課件儲氫技術：氫氣儲存有物理和化學兩大類方法物理儲氫：液氫儲存，高壓氫氣儲存，活性炭吸附儲存，碳纖維和碳納米管儲存，玻璃微球儲存等化學儲氫：金屬氫化物儲存，有機液態氫化物儲存，無機物儲存，復雜氫化物儲存等11最新課件儲氫技術：11最新課件各種方法的儲氫能力12最新課件各種方法的儲氫能力12最新課件休息15分鐘13最新課件13最新課件輸氫技術：氫有多種多樣的輸送方式，可根據地點、用途、用氫方式、距離、用量、用戶分布、輸送成本等因素綜合考慮輸送方案氣體氫輸送，可采用管道、車（船）載高壓鋼瓶等方式，前者效率高，建造成本高，后者靈活性大液氫輸送，可采用罐車、油輪或管道等方式，效率高，但系統復雜，成本高氫化物輸送，可用桶或罐裝金屬氫化物，靈活、安全和經濟14最新課件輸氫技術：14最新課件綜合輸氫方案示意圖15最新課件綜合輸氫方案示意圖15最新課件氫的利用技術：工業應用，化工（合成氨、合成甲醇、煤液化、石油精制等），冶金（直接還原金屬、光亮熱處理等），半導體（制取多晶硅、外延生長等），玻璃，化肥等交通運輸，氫發動機、氫能汽車等航天工業，液氫液氧火箭發動機氫發電，氫氧燃料電池（固定電站、便攜式電源、動力電源）家庭應用，Ni-MH電池，清潔燃料等16最新課件氫的利用技術：16最新課件家庭用氫前景圖17最新課件家庭用氫前景圖17最新課件復合能源系統：氫作為儲能介質→太陽能-氫能系統陽光充足的夏季和白天→光發電電解水制氫，通過儲氫材料儲氫，太陽能→轉化成氫的化學能夜晚和冬季→利用氫運行燃料電池，或氫氣的其它利用18最新課件復合能源系統：18最新課件太陽能－氫能系統的結構概念圖19最新課件太陽能－氫能系統的結構概念圖19最新課件（3）儲氫材料儲氫材料：能在適當的溫度和壓力下，大量可逆地吸收、釋放氫的材料儲氫材料可大致地分為三大類：金屬儲氫材料、非金屬儲氫材料、有機液體儲氫材料是氫能系統中作為氫儲存與輸送載體的重要候選材料→成為氫能技術開發中的關鍵材料之一儲氫材料的研究開發與應用已成為國內外的熱門研究課題20最新課件（3）儲氫材料20最新課件儲氫材料僅有30年的發展歷史→新型功能材料發展迅速，受到各國政府的高度重視美國能源部用于氫儲存方面的研究經費約占氫能研究經費的50%日本政府制定的“新陽光計劃”中，儲氫技術是氫能發電計劃中的三大內容之一我國早在“八五”國家863計劃中就把儲氫材料列為重點研究項目，之后又在國家973計劃中列項支持21最新課件儲氫材料僅有30年的發展歷史→新型功能材料21最新課件金屬儲氫材料：氫幾乎可以同元素周期表中的各種金屬元素反應，生成金屬氫化物但并不是所有金屬氫化物都能做為儲氫材料只有那些能在溫和條件下大量可逆吸放氫的金屬或合金氫化物才能作為儲氫材料使用目前已開發的具有實用價值的金屬氫化物：稀土系AB5型；鋯、鈦系AB2型；鈦系AB型；鎂系A2B型；釩系固溶體型等儲氫量一般在1-3wt.%22最新課件金屬儲氫材料：22最新課件非金屬儲氫材料：目前主要包括碳系材料（碳納米管、石墨納米纖維、高比表面積活性炭等）、玻璃微球等非金屬材料均屬于物理吸附型儲氫材料利用極大的活性比表面積，在一定的溫度和壓力下，吸取大量氫氣，當提高溫度或減壓時，放出氫氣吸氫量一般均大于金屬儲氫材料，可達4-10wt.%23最新課件非金屬儲氫材料：23最新課件有機液體儲氫材料：苯、甲苯等有機液體，需要合適的催化劑作用在較低壓力和相對高的溫度下→可作為氫載體（與H2發生可逆反應）→儲存和輸送氫儲氫量可達7wt.%左右24最新課件有機液體儲氫材料：24最新課件二、儲氫合金及應用1、氫能與儲氫材料能源、環境、可持續發展→當今社會發展的三大主題能源→人類活動的源泉清潔能源→人類社會健康發展的基礎氫能（Hydrogenenergy）→面向21世紀的理想清潔能源之一25最新課件二、儲氫合金及應用1、氫能與儲氫材料1最新課件化石能源——煤、石油、天然氣→環境污染，資源漸趨枯竭可再生能源——太陽能、風能、海洋能、地熱能、生物能、氫能等→環境友好，取之不盡清潔且可再生能源的開發和利用→國家經濟可持續發展的重要保障26最新課件化石能源——煤、石油、天然氣→環境污染，資源漸趨枯竭2最（1）氫能氫能→以氫及其同位素為主導的反應中（或在狀態變化過程中）所釋放的能量氫與氧化劑發生化學反應放出燃燒熱或通過燃燒反應得化學能→氫發動機、燃料電池等氫的熱核反應放出熱核能或聚變能→氫彈、可控核聚變反應氫能是一種理想的二次能源27最新課件（1）氫能3最新課件氫能的優點：氫是自然界中存在最普遍的元素，它構成宇宙質量的3/4，在地球上主要以化合物形式存在于水中從水中可分解出氫，氫燃燒反應又生成水，所以是取之不盡、用之不竭的能源氫本身無毒，氫燃燒反應不會像礦物燃料那樣產生大量煙塵和有害氣體→清潔能源氫的發熱值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，(1.21-1.43)X105kJ/kg?H2，是汽油發熱值的3倍，焦炭發熱值的4.5倍28最新課件氫能的優點：4最新課件氫的燃燒性能好，點燃快，可燃范圍寬，燃點高，燃燒速度快在所有氣體中，氫氣的導熱性最好，比大多數氣體的導熱系數高10倍，是極好的傳熱載體用途廣泛，可直接用作發動機燃料、燃料電池燃料、化工原料等氫可以以氣態、液態或固態的金屬氫化物形式存在，能適應儲運及各種應用環境的不同要求可作為儲能介質，經濟和有效地輸送能源，作為二次能源，氫的輸送與儲存損失比電力小29最新課件氫的燃燒性能好，點燃快，可燃范圍寬，燃點高，燃燒速度快5最新氫能源的開發引起各國政府的極大重視上世紀90年代起，美、日、德等發達國家均制定了系統的氫能研究與發展規劃中國、印度、墨西哥等發展中國家也有相應的規劃考慮短期目標→燃料電池汽車的商業化，在20年左右時間內，使氫能在總能源系統中占有一定份額長期目標→在化石能源枯竭時，承擔起主體能源的角色30最新課件氫能源的開發引起各國政府的極大重視6最新課件隨著科學技術的發展，氫能的應用不是遙遠的未來，未來的經濟可望實現氫經濟氫能轉化為動力→動力產生電能而走向家家戶戶→成為人類今后長期依靠的一種通用燃料與電力一起，成為21世紀能源體系的兩大支柱31最新課件隨著科學技術的發展，氫能的應用不是遙遠的未來，未來的經濟可望一次能源二次能源最終用戶太陽能風能海洋能地熱能氫氣電力汽車、飛機、船舶工業、農業、民生21世紀能源結構體系32最新課件一次能源二次能源最終用戶太陽能氫氣電力汽車、（2）氫能系統與氫能技術氫能系統：一個有機聯系的系統工程包括制氫（hydrogenproduction）、氫儲存和輸運（hydrogenstorageandtransportation）、氫的利用（hydrogenutilization）三大關鍵系統每個系統都在發展各自的相應技術33最新課件（2）氫能系統與氫能技術9最新課件制氫技術：化石燃料制氫，以煤、石油或天然氣等作原料制氫，產量大，效率高，但伴有大量CO2排放水分解制氫，可通過電解、熱化學循環分解、光化學分解等方式進行，氫的純度高，效率低，成本高生物質制氫，包括生物質汽化或裂解制氫和微生物制氫，前者效率高但氫氣純度低，后者規模和效率有待提高34最新課件制氫技術：10最新課件儲氫技術：氫氣儲存有物理和化學兩大類方法物理儲氫：液氫儲存，高壓氫氣儲存，活性炭吸附儲存，碳纖維和碳納米管儲存，玻璃微球儲存等化學儲氫：金屬氫化物儲存，有機液態氫化物儲存，無機物儲存，復雜氫化物儲存等35最新課件儲氫技術：11最新課件各種方法的儲氫能力36最新課件各種方法的儲氫能力12最新課件休息15分鐘37最新課件13最新課件輸氫技術：氫有多種多樣的輸送方式，可根據地點、用途、用氫方式、距離、用量、用戶分布、輸送成本等因素綜合考慮輸送方案氣體氫輸送，可采用管道、車（船）載高壓鋼瓶等方式，前者效率高，建造成本高，后者靈活性大液氫輸送，可采用罐車、油輪或管道等方式，效率高，但系統復雜，成本高氫化物輸送，可用桶或罐裝金屬氫化物，靈活、安全和經濟38最新課件輸氫技術：14最新課件綜合輸氫方案示意圖39最新課件綜合輸氫方案示意圖15最新課件氫的利用技術：工業應用，化工（合成氨、合成甲醇、煤液化、石油精制等），冶金（直接還原金屬、光亮熱處理等），半導體（制取多晶硅、外延生長等），玻璃，化肥等交通運輸，氫發動機、氫能汽車等航天工業，液氫液氧火箭發動機氫發電，氫氧燃料電池（固定電站、便攜式電源、動力電源）家庭應用，Ni-MH電池，清潔燃料等40最新課件氫的利用技術：16最新課件家庭用氫前景圖41最新課件家庭用氫前景圖17最新課件復合能源系統：氫作為儲能介質→太陽能-氫能系統陽光充足的夏季和白天→光發電電解水制氫，通過儲氫材料儲氫，太陽能→轉化成氫的化學能夜晚和冬季→利用氫運行燃料電池，或氫氣的其它利用42最新課件復合能源系統：18最新課件太陽能－氫能系統的結構概念圖43最新課件太陽能－氫能系統的結構概念圖19最新課件（3）儲氫材料儲氫材料：能在適當的溫度和壓力下，大量可逆地吸收、釋放氫的材料儲氫材料可大致地分為三大類：金屬儲氫材料、非金屬儲氫材料、有機液體儲氫材料是氫能系統中作為氫儲存與輸送載體的重要候選材料→成為氫能技術開發中的關鍵材料之一儲氫材料的研究開發與應用已成為國內外的熱門研究課題44最新課件（3）儲氫材料20最新課件儲氫材料僅有30年的發