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概述
調(diào)研大綱

固態(tài)儲(chǔ)氫材料又稱固體儲(chǔ)氫材料,指以化學(xué)氫化物、金屬氫化物或納米材料作為載體,能夠吸收和釋放氫氣的材料,頭部企業(yè)在固態(tài)儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域擁有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力和市場(chǎng)份額,通過(guò)不斷創(chuàng)新和拓展市場(chǎng),為全球固態(tài)儲(chǔ)氫材料行業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

稀土儲(chǔ)氫材料

代表材料:以 LaNi?為代表。

儲(chǔ)氫原理:稀土元素與氫有較強(qiáng)的親和力,在一定的溫度和壓力條件下,稀土合金中的金屬原子與氫原子結(jié)合,形成金屬氫化物,從而實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存;當(dāng)條件改變時(shí),金屬氫化物又會(huì)分解,釋放出氫氣。

性能特點(diǎn):具有良好的活化性能,在相對(duì)溫和的條件下就能進(jìn)行吸氫和放氫反應(yīng);吸放氫速度快,可在短時(shí)間內(nèi)完成氫氣的儲(chǔ)存和釋放;循環(huán)穩(wěn)定性好,經(jīng)過(guò)多次吸放氫循環(huán)后,仍能保持較好的儲(chǔ)氫性能;對(duì)氫氣的選擇性好,能在含有雜質(zhì)氣體的混合氣體中優(yōu)先吸收氫氣。

應(yīng)用領(lǐng)域:廣泛應(yīng)用于氫化物 - 鎳電池,是制作鎳氫電池負(fù)極材料的關(guān)鍵成分;用于氫氣的凈化和分離,可從含氫混合氣體中高效分離出高純度氫氣;在一些小型的氫儲(chǔ)存系統(tǒng)中,如便攜式氫源、小型加氫站等也有應(yīng)用。

鎂基儲(chǔ)氫材料

代表材料:以 Mg?Ni 為代表。

儲(chǔ)氫原理:主要基于鎂與氫在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成氫化鎂(MgH?)來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫,反應(yīng)是可逆的,通過(guò)改變溫度和壓力等條件可使氫化鎂分解,釋放出氫氣。

性能特點(diǎn):具有很高的理論儲(chǔ)氫容量,質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度可高達(dá) 7.6% 左右,在眾多儲(chǔ)氫材料中處于較高水平;資源豐富,鎂在地球上的儲(chǔ)量較為豐富,價(jià)格相對(duì)較低,具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力;穩(wěn)定性較好,在一定條件下能夠穩(wěn)定地儲(chǔ)存氫氣。但也存在吸放氫溫度較高,通常需要在 250℃-350℃的高溫下才能進(jìn)行有效的吸放氫反應(yīng);吸放氫動(dòng)力學(xué)性能較差,反應(yīng)速度較慢等缺點(diǎn)。

應(yīng)用領(lǐng)域:在一些需要高儲(chǔ)氫密度的場(chǎng)合,如航空航天領(lǐng)域,若能解決其性能問(wèn)題,有望成為理想的儲(chǔ)氫材料;可用于車載儲(chǔ)氫系統(tǒng),為氫燃料電池汽車提供氫氣儲(chǔ)存解決方案;在分布式能源系統(tǒng)中,作為氫氣儲(chǔ)存和供應(yīng)的介質(zhì),用于儲(chǔ)存可再生能源制得的氫氣。

鈦基儲(chǔ)氫材料

代表材料

鈦基 AB 型儲(chǔ)氫合金:以 TiFe 為代表,理論儲(chǔ)氫量約 1.8%,工作溫度在室溫附近。

鈦基 AB?型 Laves 相儲(chǔ)氫合金:以 TiMn?為基礎(chǔ),其中 TiMn?.?綜合儲(chǔ)氫性能最佳,室溫下即可活化,吸氫后生成 TiMn?.?H?.?氫化物。

鈦基 BCC 結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫合金:如 Ti-Cr 和 Ti-Cr-X(X 為 V、Mo 等過(guò)渡金屬)等合金,首次吸氫容量可接近 4%,但常溫常壓下可逆容量低于 3%。

儲(chǔ)氫原理:鈦基合金中的鈦等金屬元素與氫原子發(fā)生相互作用,氫原子進(jìn)入合金的晶格間隙或與金屬原子形成化學(xué)鍵,從而實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存,在一定條件下又能釋放出氫氣。

性能特點(diǎn):具有較高的儲(chǔ)氫容量,部分鈦基儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫量相對(duì)較高;吸放氫壓力適中,不需要過(guò)高的壓力就能進(jìn)行吸放氫反應(yīng);抗腐蝕性能較好,在一些惡劣的環(huán)境條件下仍能保持較好的穩(wěn)定性。不過(guò),鈦鐵系儲(chǔ)氫合金存在活化困難的問(wèn)題,須加熱到 250℃以上作反復(fù)的充氫 - 抽空操作,且抗中毒能力差。

應(yīng)用領(lǐng)域:在氫的貯存凈化領(lǐng)域,可用于去除氫氣中的雜質(zhì);在氫壓機(jī)中作為儲(chǔ)氫介質(zhì),實(shí)現(xiàn)氫氣的壓縮和儲(chǔ)存;在一些小型的燃料電池系統(tǒng)中,作為氫氣儲(chǔ)存和供應(yīng)的部件。

其他儲(chǔ)氫材料

碳質(zhì)材料

代表材料:包括活性炭、碳納米管、石墨烯等。

儲(chǔ)氫原理:主要依靠物理吸附作用,氫氣分子在碳材料的孔隙結(jié)構(gòu)或表面上吸附儲(chǔ)存。

性能特點(diǎn):具有較高的比表面積,能夠提供大量的吸附位點(diǎn);吸附速度較快,可在較短時(shí)間內(nèi)完成氫氣的吸附;化學(xué)穩(wěn)定性好,不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但儲(chǔ)氫量相對(duì)較低,且通常需要在低溫、高壓等條件下才能實(shí)現(xiàn)較高的儲(chǔ)氫密度。

應(yīng)用領(lǐng)域:可用于小型的便攜式儲(chǔ)氫設(shè)備,如氫燃料電池筆記本電腦、手機(jī)等的儲(chǔ)氫裝置;在一些特殊的氣體分離和儲(chǔ)存場(chǎng)合,用于分離和儲(chǔ)存氫氣。

配位氫化物儲(chǔ)氫材料

代表材料:如 LiBH?、NaAlH?等。

儲(chǔ)氫原理:通過(guò)金屬離子與氫負(fù)離子形成配位鍵,以配位氫化物的形式儲(chǔ)存氫,在一定條件下配位氫化物分解釋放出氫氣。

性能特點(diǎn):具有很高的理論儲(chǔ)氫容量,質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度和體積儲(chǔ)氫密度都較高;部分配位氫化物在相對(duì)較低的溫度下就能釋放氫氣。但存在可逆性較差、放氫后難以重新加氫、合成和制備過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題。

應(yīng)用領(lǐng)域:在一些對(duì)儲(chǔ)氫密度要求極高的特定領(lǐng)域,如航空航天、軍事等有潛在的應(yīng)用前景;可作為新型儲(chǔ)氫材料進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā),為未來(lái)的氫能應(yīng)用提供技術(shù)儲(chǔ)備。

金屬有機(jī)框架材料(MOFs)

代表材料:有多種結(jié)構(gòu)和組成的 MOFs 材料,如 ZIF-8、MOF-5 等。

儲(chǔ)氫原理:利用其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和大量的金屬位點(diǎn),通過(guò)物理吸附和化學(xué)吸附的協(xié)同作用來(lái)儲(chǔ)存氫氣。

性能特點(diǎn):具有高度可調(diào)控的結(jié)構(gòu)和孔隙尺寸,可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和合成;比表面積極高,能夠?qū)崿F(xiàn)較高的氫氣吸附量;在常溫常壓下具有一定的儲(chǔ)氫能力。但目前存在穩(wěn)定性有待提高、合成成本較高等問(wèn)題。

應(yīng)用領(lǐng)域:可用于構(gòu)建智能儲(chǔ)氫系統(tǒng),根據(jù)不同的需求實(shí)現(xiàn)氫氣的可控儲(chǔ)存和釋放;在氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸領(lǐng)域,作為新型儲(chǔ)氫材料進(jìn)行探索和研究,有望應(yīng)用于未來(lái)的氫能基礎(chǔ)設(shè)施。

圖:產(chǎn)品分類及頭部企業(yè)

類型

簡(jiǎn)介

主要生產(chǎn)商

稀土儲(chǔ)氫材料

稀土儲(chǔ)氫材料是指以稀土元素為主要成分的儲(chǔ)氫材料,具有較高的儲(chǔ)氫容量和較低的吸放氫溫度。稀土儲(chǔ)氫材料可以分為三類:顆粒狀、粉末狀和薄膜狀。其中,顆粒狀稀土儲(chǔ)氫材料主要包括稀土鎳合金和稀土鎂合金,代表性的有鑭鎳、鑭鎂和鑭鎂鎳合金。這些材料具有較高的儲(chǔ)氫容量和良好的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),但由于稀土元素資源較為有限和昂貴,限制了其廣泛應(yīng)用。

日本三德、江西鎢業(yè)、北方稀土、廈門鎢業(yè)、安泰創(chuàng)明

鎂基儲(chǔ)氫材料

鎂基儲(chǔ)氫材料是以鎂為主要成分的儲(chǔ)氫材料,具有很高的理論儲(chǔ)氫容量(7.6 wt.%)。鎂基儲(chǔ)氫材料主要包括晶態(tài)鎂、鎂合金和鎂化合物等。晶態(tài)鎂由于其密度低、價(jià)格便宜和豐富的資源,是一種有潛力的儲(chǔ)氫材料。但是,晶態(tài)鎂的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能較差,需要通過(guò)改性來(lái)提高其儲(chǔ)氫性能。鎂合金和鎂化合物具有更好的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能,但其儲(chǔ)氫容量較低。

上海氫楓、華碩能源、鎂源動(dòng)力

鈦基儲(chǔ)氫材料

鈦基儲(chǔ)氫材料是一類以鈦為主要成分的儲(chǔ)氫材料,具有中等的儲(chǔ)氫容量(2.0-3.0 wt.%)。鈦基儲(chǔ)氫材料主要包括鈦硒化物、鈦鎳合金和鈦鎂合金。其中,鈦硒化物是一種穩(wěn)定的儲(chǔ)氫材料,具有良好的熱穩(wěn)定性和吸放氫動(dòng)力學(xué)性能。鈦鎳合金和鈦鎂合金具有較高的儲(chǔ)氫容量和良好的動(dòng)力學(xué)性能,但其合成過(guò)程較復(fù)雜。

安泰創(chuàng)明、廈門鎢業(yè)

其他儲(chǔ)氫材料

非金屬元素碳的吸氫主要依靠吸附作用,碳材料可分為吸附性(活性炭、納米碳纖維)和吸附-反應(yīng)性(石墨烯、碳納米管)兩類。此外,還有金屬氫化物(如鋁和鋯基材料)、化合物儲(chǔ)氫材料(如物理吸附材料和化學(xué)吸附材料)等

HaloSource Inc.

HRL Laboratories

AB Liros

HydrogeniousLOHCTechnologies

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預(yù)計(jì)啟動(dòng)時(shí)間:
預(yù)計(jì)完成時(shí)間:
預(yù)算情況:
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