储氢技术与材料

本书主要介绍储氢材料的设计、表征与制备，详细介绍了稀土储氢合金、镁系储氢合金、钛系储氢合金以及碳储氢材料和无机储氢材料的制备和表征，并通过成分分析，介绍了不同合金的储氢性能以及储放性能。并简要介绍了镍氢电池、氢燃料电池以及汽车用储氢罐的设计与制造。本书全面系统地阐述了先进储氢材料科学技术发展中的新技术、新成果、新产品和新理论，且全面提供了各种储氢材料的主要物理和化学性能，具有很强的先进性、科学性和参考价值。

蔡颖，内蒙古科技大学 稀土学院，教授，教学副院长，1984年毕业于内蒙古大学化学专业，1988年在华东理工大学进修，修读化工专业。主要从事化学与化工的教学、教学研究及相关的科学研究。主讲的课程有《化工原理》、《无机化学》等，有相关的教材编写经历，有相关的课题研究及研究成果。

第1章 绪论1 1.1概述1 1.2氢能4 1.2.1氢的一般性质4 1.2.2氢的化合物6 1.3氢能的特点8 1.4氢气的制备与纯化11 1.4.1氢气的制备11 1.4.2氢气的纯化23 1.5氢气的储存24 1.5.1气态储存25 1.5.2液化储存26 1.5.3固态储存26 1.6氢气的运输27 1.6.1气氢(GH2)输送27 1.6.2液氢(LH2)输送28 1.6.3固氢(SH2)输送28 1.7氢能经济竞争发展态势29 1.8氢能的应用33 1.8.1直接燃烧33 1.8.2氢燃料电池34 1.8.3核聚变36 参考文献36 阅读资料38 第2章 储氢材料43 2.1储氢材料的定义44 2.2对储氢材料的要求45 2.3储氢材料的分类47 2.4储氢材料的吸氢原理54 参考文献55 阅读资料57 第3章 储氢材料的研究方法60 3.1简介60 3.2表征60 3.2.1X射线衍射分析60 3.2.2透射电镜分析63 3.2.3扫描电镜分析65 3.3储氢性能测试69 3.3.1压力-组成-温度(PCT)曲线69 3.3.2电化学放电容量测试74 3.3.3电化学循环寿命测试76 3.3.4高倍率放电性能测试77 3.3.5交流阻抗测试78 3.3.6动电位极化测试80 3.3.7恒电位阶跃放电测试81 3.4吸/放氢反应的热力学和动力学82 3.4.1吸/放氢反应热力学研究82 3.4.2吸/放氢反应动力学研究84 参考文献89 第4章 储氢合金93 4.1金属储氢原理93 4.1.1离子型或类盐型氢化物93 4.1.2金属型氢化物94 4.1.3共价型或分子型氢化物94 4.2储氢合金的分类95 4.2.1简介95 4.2.2稀土系AB5型储氢合金97 4.2.3AB2型laves相合金105 4.2.4Mg系储氢合金105 4.2.5钒系固溶体合金133 4.2.6新型稀土-镁-镍(RE-Mg-Ni)系储氢合金134 4.3储氢合金的制备136 4.3.1稀土储氢合金常用原料136 4.3.2合金的制取工艺及设备139 4.4储氢合金的热处理技术149 4.5稀土储氢合金的制粉技术150 4.5.1干式球磨制粉技术150 4.5.2湿式球磨制粉技术151 4.5.3合金氢化制粉151 4.6稀土储氢合金的表面处理152 4.6.1表面包覆金属膜153 4.6.2储氢合金的碱液处理154 4.6.3储氢合金的酸处理155 4.6.4储氢合金的氟化处理156 4.6.5表面高分子修饰处理157 4.6.6其他表面处理方法157 4.7储氢合金粉的包装158 4.8储氢合金的应用159 4.8.1镍/金属氢化物(Ni/MH)电池159 4.8.2氢的存储与运输159 4.8.3氢的回收、分离、净化160 4.8.4热能系统及其他领域的应用160 参考文献161 第5章 碳质储氢材料166 5.1吸附理论基础167 5.1.1物理吸附理论基础169 5.1.2化学吸附理论基础173 5.2活性炭储氢材料173 5.2.1活性炭结构及特性174 5.2.2活性炭制备方法178 5.2.3活性炭储氢性能研究190 5.3活性炭纤维储氢材料193 5.3.1活性炭纤维结构及其特性193 5.3.2活性炭纤维制备工艺195 5.3.3活性炭纤维储氢研究198 5.4碳纳米纤维储氢材料198 5.5C60富勒烯储氢材料200 5.5.1C60富勒烯的结构及特性200 5.5.2C60富勒烯的制备及分离提纯201 5.5.3C60富勒烯储氢研究204 5.6碳纳米管储氢材料205 5.6.1碳纳米管的结构及特性206 5.6.2碳纳米管的制备及纯化207 5.6.3碳纳米管储氢214 5.7石墨烯储氢材料222 5.7.1石墨烯的结构及特性222 5.7.2石墨烯的制备224 5.7.3石墨烯的储氢研究现状227 参考文献227 第6章 无机化合物231 6.1轻金属-B-H化合物储氢231 6.1.1LiBH4的合成232 6.1.2LiBH4的结构变化233 6.1.3LiBH4的吸/放氢反应236 6.1.4LiBH4储氢性能的改性研究237 6.2轻金属-Al-H化合物储氢239 6.2.1NaAlH4的合成239 6.2.2NaAIH4的结构特征240 6.2.3NaAlH4的储氢原理241 6.2.4NaAlH4的改性研究241 6.3M-N-H化合物储氢244 6.3.1LiNH2的结构244 6.3.2Li-N-H体系储氢性能的研究245 6.3.3Li2Mg(NH)2的结构246 6.3.4金属-N-H化合物的储氢机理247 6.3.5金属-N-H化合物的储氢性能调控248 6.4氨硼烷类化合物储氢251 6.4.1NH3·BH3性质和分子结构252 6.4.2NH3·BH3热解制氢252 6.4.3NH3·BH3水解制氢254 参考文献256 第7章 有机液体储氢材料259 7.1有机液体储氢的原理、研究目的及尚存在的技术难题259 7.1.1原理259 7.1.2该技术的技术难题262 7.1.3目前研究的目标262 7.2有机液体储氢材料的特点262 7.3有机液体储氢材料的种类263 7.3.1苯及环己烷263 7.3.2甲苯与甲基环己烷264 7.3.3十氢化萘265 7.3.4咔唑265 7.3.5乙基咔唑266 7.4吸/脱氢催化剂269 7.4.1吸氢催化剂269 7.4.2脱氢催化剂270 参考文献272