新储氢材料-碳纳米管.ppt

氢—二十一世纪的能源?在能源日益显现不足和燃油汽车造成人类生存环境极大污染的今天,改变能源的构成已成为迫切的问题。氢气作为可再生和最清洁的气体能源,以氢燃料作为汽车燃料的呼声不断出现, 日益高涨。使关于氢能的研究更具重要性。 1 ?氢的利用主要包括氢的生产、储存和运输、应用三个方面。而氢的储存是其中的关键。氢气储存技术的滞后,限制了氢的大规模应用,特别是交通工具上的应用。而后者要求系统储氢能力必须达到 % (重量百分比)。据报道,美国能源部所有氢能研究经费中有 50% 用于氢气的储存。 2 新型储氢罐相比传统的圆柱型钢储氢罐重量减少了三分之二。已经安装在混合动力车上进行了测试。测试结果显示这种储氢罐可以维持 6 天不泄漏氢气。宝马旗下的研发部门- - BMW Group Forschung und Technik ,展示的一款新型的车用储氢罐的原型。这个新型液态氢储存罐由复合材料构成。 3 丰田 FCHV-adv FCHV-adv 全称为 Fuel Cell Hybrid Vehicle- advanced ,是由高压氢为燃料的高性能燃料电池“ TOYOTA FC Stack ”和镍氢蓄电池两种动力源驱动的混合动力概念车。丰田 FCHV-adv 的 70Mpa 储氢罐其采用了丰田独自开发的 70Mpa 的高压氢储存箱,容量 156L ,较从前的 FCHV 都有所增加,储罐压强增加了一倍。 FCHV-adv 一次充氢后续航里程可达 830 公里,达到了以往同类车型两倍的水平。 4 储氢方法优点缺点压缩气体运输和使用方便、可靠压力高,使用和运输有危险;钢瓶的体积和重量大,运费较高液氢储氢能力大储氢过程储氢能耗大,使用不方便金属氢化物运输和使用安全储氢量小,金属氢化物易破裂常用的储氢方法及其优缺点 5碳纳米管在储氢方面的应用 6什么是碳纳米管?碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构,并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构,或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口)的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离,约为 ,直径一般为 2~ 2Onm 。 7碳纳米管的发展在 1991 年日本 NEC 公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛( ) 在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“ Carbon nanotube ”,即碳纳米管,又名巴基管(Buckytube) 。 8 ? 1993 年。 等和 DS 。 Bethune 等同时报道了采用电弧法,在石墨电极中添加一定的催化剂,可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管, 即单壁碳纳米管产物。? 1995 年, 等报道纳米碳纤维的吸附热和亨利系数随着吸附介质分子尺寸的减少而迅速增大,这与常规活性炭的吸附特性正好相反,表明纳米碳纤维有可能对小分子氢显示超常吸附。? 1997 年, 等报道了单壁碳纳米管的中空管可储存和稳定氢分子,引起广泛的关注。相关的实验研究和理论计算也相继展开。 9 ? 1998 年, Chambers 、 Rodriguez 、 Baker 等报道纳米石墨纤维在 12 Mpa 下的储氢容量高达 2克氢/ 克纳米石墨纤维,比现有的各种储氢技术的储氢容量高 1至2个数量级,引起了世人的瞩目。仔细分析便知,该文吸附体系中每个碳原子要结合 24 个氢原子,其物理图象和吸附机制十分难以理解, 数据也有待于得到其他研究人员的证实。?日本工业技术院资源环境技术综合研究所最近宣布已开发出能吸附氢的纤维状的炭,直径约 100 纳米。 10