金属储氢材料

金属储氢材料的原理是利用金属或金属合金与氢气的化学键作用来储存和释放氢气。当氢气与金属或金属合金接触时，氢气分子与金属原子相互作用形成化学键，使得氢气被吸附在金属表面。当需要释放氢气时，只需要通过加热或降低压力等手段来断开这种化学键，使得氢气从金属表面释放出来。

这种材料具有高密度、高安全性、快速吸放氢等特点，因此被广泛应用于能源储存和氢能领域。

金属储氢材料分类

金属储氢材料可分为２大类，一类是合金氢化物材料；另一类是金属配位氢化物材料。迄今为止，趋于成熟和具备实用价值的金属氢化物储氢材料主要有稀土系、Laves相系、镁系和钛系４大系列。

1.稀土系合金

以LaNi5为代表的稀土系储氢合金，被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一类。

LaNi5储氢合金的主要缺点是镧的价格高，循环退化严重，易于粉化，密度大。

蔡学章等人采用Al、Mn、Si、Sn、Fe等置换Ni以克服合金的粉化，改善其储氢性能。例如，加入Al后合金可以形成致密的Al2O3薄膜，合金的耐腐蚀性明显提高。加入Mn对提高容量很有效，并且可以提高合金的动力学性能，但是其循环性能会受到负面影响。加入Fe，可以使合金具有长寿命、易活化等特点。

2.Laves相系（AB2型）储氢材料

⑴立方晶相C15（MgZn2）

⑵六方晶相C14（MgCu2）

⑶双六方晶相C36（NiMg2）

Laves相系储氢材料（ZrV2H5.3、ZrMn2H3.6、ZrCr2H3.4）特点：

⑴具有较高的存储容量

⑵更高的动力学效率

⑶更长的使用寿命

⑷相对较低的成本

⑸在室温下过于稳定，不易脱氢

3.镁系储氢材料

由于储氢量高(镁的理论储氢量为7.6%)、资源丰富以及成本低廉被公认为是最有前景的储氢材料之一。特别是镁镍合金。

优点：

密度小，解吸等温线平坦，滞后小，是移动装置上理想的储氢合金。

缺点：

脱氢温度高(解吸压力为105Pa时，解吸温度为287℃)，吸氢速度较低，热焓增量大。

4.Fe-Ti系储氢材料

优点：

⑴FeTi合金活化后，能可逆地吸放大量的氢，且氢化物的分解压强仅为几个大气压，接近工业应用。

⑵Fe、Ti元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中大规模应用。因此，FeTi合金一度被认为是一种很有应用前景的储氢材料而深受人们关注。

缺点：

由于该材料易于形成TiO2致密层，使其极难活化，严重限制了其应用。

研究表明：

⑴在不同的气氛下，采用机械合金化工艺掺杂催化元素Pd，可极大改善材料的活化性能和吸放氢性能。

⑵在纯Ar气氛下，掺杂少量的Ni，球磨20-30h后制备的FeTi材料不需活化即可很容易地吸氢。

⑶用Mn、Cr、Zr、Ni等过渡族元素取代FeTi合金中的部分Fe也可以明显改善合金的活化性能。

金属储氢材料制备方法

主要有机械合金化法、表面改性方法、球磨法、薄膜法、直流电弧等离子体法、液相法等。

金属储氢材料应用

金属储氢材料不仅是优良的储氢材料，还是新型的功能材料，可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存，具有广阔的应用前景。