基于换热管束优化布置的固态储氢反应器储氢性能模拟研究

为探究固态储氢反应器内的热质传递过程,建立了反应器的二维数值计算模型,分析了反应器内固态储氢材料的径向反应分率分布特性,以及储氢材料床层厚度与换热管径对饱和半径的影响规律,进而开展了换热管束优化布置研究。结果表明:换热管存在对应的最大饱和半径,且随管径增加而增大;当管半径为1.00~6.00 mm的单管布置时,最大饱和半径分别为2.60、3.30、3.50、3.70、3.80、3.90 mm,其中半径为1.00、2.00、3.00 mm的换热管体积分数较小,分别为7.72%、14.24%、21.30%,当这3种换热管以管束布置时,较优的管间床层厚度分别为4.86、6.09、6.38 mm;此外,增设换热管束可有效改善反应器内反应死区的储氢性能。在半径2.00 mm换热管束的反应器内,与未增设换热管束相比,在反应死区增设12根半径1.00 mm换热管后储氢时间减少了40.00%,为267 s,而换热管束体积分数仅增加了1.92%,储氢量仅减少2.17%。该研究成果可为固态储氢反应器的优化设计奠定基础,并为后续的工程应用提供指导。

钛基纳米催化剂改善NaAlH 4储氢性能的研究进展

NaAlH 4具有储氢量高、热力学稳定性适中、成本低等优点,是重要的候选储氢材料。但其在温和条件下吸放氢速率慢、加氢压力大、循环性能差等缺点有待解决。掺杂钛基纳米催化剂是改善NaAlH 4储氢性能的有效手段,因此设计高效率的钛基纳米催化剂,对于推动NaAlH 4的应用具有重要意义。针对钛基纳米催化剂,系统地介绍了组分调控、尺寸调控、复合化和界面调控这4种改性手段,并重点讨论了界面调控发展面临的主要问题及发展趋势,为基于NaAlH 4固态储氢技术的推广应用提供理论基础和科学指导。

二维层状麦克烯材料Nb_(2)C催化改性Mg(BH_(4))_(2)储氢性能研究

硼氢化镁(Mg(BH_(4))_(2))因具有14.9%的储氢量,被认为是一种具有良好前景的高容量储氢材料.考虑到二维层状过渡金属碳化物麦克烯材料(MXene)对Mg(BH_(4))_(2)的放氢过程具有显著的催化效果,文中采用酸刻蚀法制备了微观表征为二维层状的MXene材料碳化铌(Nb_(2)C),并通过机械球磨法将所制备的Nb_(2)C掺杂到Mg(BH_(4))_(2)中,以此来催化改性Mg(BH_(4))_(2)的放氢性能.由程序控温放氢(TPD)测试可得:在Mg(BH_(4))_(2)-x%Nb_(2)C(x=20,30,40)催化改性体系中,当x=40时,Mg(BH_(4))_(2)-40%Nb_(2)C体系的起始放氢温度可降至130℃左右,且升温至500℃后,可释放出12.8%H_(2),而未添加Nb_(2)C的纯Mg(BH_(4))_(2)约在285℃才开始放氢.除此之外,该体系在等温放氢测试中也表现出良好的放氢动力学性能,且由该体系改性后的放氢动力学性能可以在随后的第二和第三次吸放氢循环中保留下来,表现出良好的循环性能.

球磨时间对La_(0.7)Pr_(0.3)MgNi_(3.6)Co_(0.4)合金的气态储氢性能影响研究

通过机械球磨制备了球磨时间为0.50、1、1.50、2 h的La_(0.7)Pr_(0.3)MgNi_(3.6)Co_(0.4)合金,系统研究了合金的结构及气态储氢性能。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对合金的微观组织形貌和相结构进行表征。使用PCT气态储氢测试仪对合金的气态储氢性能进行测试。随着球磨时间的延长,合金粉末的尺寸逐渐减小且非晶结构逐渐增多。球磨可以缩短合金的活化孕育期,并且使吸氢反应活化能由61.83 kJ/mol减小到38.08 kJ/mol。吸氢反应焓变ΔH由46.23 kJ/mol减小到32.33 kJ/mol,吸氢反应熵变ΔS由127.45 J/mol·K减小到88.44 J/mol·K。

TiVCrNb高熵合金显微结构及储氢性能研究

为探究TiVCrNb高熵合金的微观结构及储氢性能,采用真空电弧熔炼技术制备了TiVCrNb高熵合金。结果表明:合金由BCC结构相、FCC结构相和C15 Laves相组成。吸氢之后BCC结构相发生转变。合金粉末在623 K,4 MPa条件下进行活化后,分别在303、323、343 K、2 MPa氢压条件下进行第一次吸氢,最大吸氢质量分数分别为1.135%、1.014%、0.965%。随吸氢的温度降低,最大吸氢量增大,合金在较低温度下的吸氢性能较好。最大放氢质量分数分别为0.326%、0.360%、0.445%。放氢量与吸氢量相差较大。合金放氢不彻底,放氢性能较差。合金放氢的焓变与熵变如下:ΔH=22.470 32 kJ/mol;ΔS=72.941 96 J/mol·K。

固体储氢性能及基本改进方法综述

氢能是一种新型绿色可持续能源。传统的两种储氢方法,即高压气态储氢和低温液化储氢,存在存储成本较高和安全问题。这制约了氢能的实际应用,导致氢能不适合广泛商业化应用。研究和开发具有高储存密度、优良热力学和循环动力学性能的固体储氢材料是解决氢的安全储运问题的基本途径。固体储氢,即所谓固体材料的储氢,具有良好的存储容量、能源效率、可逆性和安全性,为解决氢能的实用化带来了美好前景。各种固体材料作为储氢介质被研究,但到目前为止,没有一种材料完全满足业内公认的车载储氢指标。本文概述现有固体储氢材料的储氢性能,阐明添加催化剂和尺寸纳米化这两种重要改性策略的基本作用原理,旨在为寻找和设计具有优良性能的新型固体储氢材料提供一定的理论依据和参考。

高熵合金储氢性能的研究进展

高熵合金优异的物理、化学及力学性能,使其在航空、航天、海洋、核能、医疗、新能源等重大领域得到了广泛应用。高熵合金在储氢材料中极具发展潜力,但相关研究目前处于起步阶段,对储氢性能的研究也有限。结合储氢技术对高熵合金材料的需要,综述了目前关于高熵合金储氢性能的研究进展,对近年来国内外高熵合金储氢性能的研究成果进行了总结。研究发现,对高熵合金进行合金化处理可以显著提高储氢容量、改善吸/放氢动力学和循环稳定性等。下一步应深入探究高熵合金的吸/放氢机理,对比研究不同高熵合金储氢性能,并应用于实际的储氢系统进行工程实践。研究成果可为相关领域研究人员提供参考。

冰凌架构复合融配及其储氢性能研究

利用工程塑料和低温偶氮二甲酰胺(ADC)微粒子粉末发泡剂复合制成冰凌框架,经溶液混合、复合融配,研究试制出性能优良的固体有机物储氢产品。

La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型合金相结构与储氢性能研究进展

氢的燃烧热值高、储量丰富、燃烧产物零污染,被认为是理想的能源载体。氢能的发展对“双碳”目标的实现具有重要的支撑作用,而氢能的发展又离不开高密度、低成本的储氢材料。La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金是在La-Ni二元合金的基础上发展起来的一类新型储氢合金,具有储氢容量高、原料成本低等优势。Mg加入到La-Ni合金后进入到[A_(2)B_(4)]亚单元中,抑制了氢致非晶化现象,使结构保持稳定,加速了合金的实用化进程。La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金本征储氢容量可达到1.80%以上(质量分数),显著高于已经商品化的AB_(5)型储氢合金。La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金的晶体结构可调控性强,并且容易受到组成与制备条件细微变化的影响。基于以上认识,重点关注了关于La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金组成与制备技术等相关的研究报道,较为系统地综述了元素取代和制备技术等对La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金相结构与储氢性能及电化学性能的影响,总结了合金发展中尚需解决的问题,为制备性能优良的合金提供了思路与依据,并对合金未来的发展趋势进行了展望。

氢化物对Mg_(2)Ni基合金储氢性能的影响

采用机械球磨法制备了纯Mg_(2)Ni合金和加入添加剂的Mg_(2)Ni+10%(质量比,下同)TiH_(2)、Mg_(2)Ni+10%NbH储氢合金,研究了添加剂TiH_(2)或NbH对Mg_(2)Ni储氢合金物相组成、显微形貌和储氢性能的影响。结果表明,相较于纯Mg_(2)Ni储氢合金,充分吸氢/放氢后,添加了10%TiH_(2)或10%NbH的储氢合金的Mg_(2)NiH_(4)/Mg_(2)Ni相晶胞体积均不同程度地减小;机械球磨后,TiH_(2)在储氢合金中均匀分布,NbH存在一定程度团聚。添加10%TiH_(2)或10%NbH的Mg_(2)Ni储氢合金的吸氢平台和放氢平台都高于纯Mg_(2)Ni合金,放氢反应过程中的焓变和熵变都小于纯Mg_(2)Ni合金。在相同时间内,储氢合金的放氢容量从大到小的顺序为:Mg_(2)Ni+10%TiH_(2)>Mg_(2)Ni+10%NbH>纯Mg_(2)Ni合金,并且温度为573 K时,储氢合金达到最大放氢容量所需时间从小到大的顺序为:Mg_(2)Ni+10%TiH_(2)<Mg_(2)Ni+10%NbH<纯Mg_(2)Ni合金。加入TiH_(2)或NbH会增加储氢合金的反应速率,并且TiH_(2)对氢扩散性能的改善效果优于NbH。

Li-Al-B-H复合储氢材料的制备及储氢性能研究

硼氢化锂(LiBH_(4))的有效储氢密度可达13.6%(质量分数,下同),是一种具有潜在应用前景的储氢材料。但是,LiBH_(4)的热力学稳定性高,导致其吸放氢温度高,且其吸放氢动力学差,可逆条件苛刻,严重限制了其实际应用。针对这些问题,以普通Al粉(记为“Al”)和纳米Al粉(记为“nano-Al”)作为改性添加剂,采用机械球磨法制备了LiBH_(4)+0.5Al和LiBH_(4)+0.5nano-Al(物质的量之比)这2种Li-Al-B-H复合储氢材料,并通过X射线衍射(XRD)、吸放氢测试、热分析等手段研究了2种Al粉制备的Li-Al-B-H复合储氢材料的微结构和放氢性能。放氢性能研究表明,添加Al后,LiBH_(4)的放氢温度得到降低,且以纳米Al粉构建的Li-Al-B-H复合储氢材料具有比以普通Al粉构建的Li-Al-B-H复合储氢材料更优异的放氢性能和循环性能。放氢产物微结构研究表明,在放氢过程中,LiBH_(4)会与Al发生反应生成AlB_(2)和Li-Al-B相,这是LiBH_(4)吸放氢性能提高的关键。另外,由于纳米Al的颗粒尺寸小,比表面积大,反应界面更多,使得LiBH_(4)+0.5nano-Al放氢后生成的AlB_(2)和Li-Al-B相的量比LiBH_(4)+0.5Al更多,这是LiBH_(4)+0.5nano-Al放氢性能优于LiBH_(4)+0.5Al的原因。研究结果将为进一步理解Li-Al-B-H复合储氢材料的储氢性能和储氢机理提供参考。

以粉煤灰为原料制备ZSM-5沸石分子筛及其储氢性能

近年来,随着国内燃煤发电量的持续增长,作为燃煤电厂最主要的固体废弃物,粉煤灰的排放量也随着燃煤消耗的增长而急剧增加,引发了严峻的社会和环境问题。粉煤灰中的铝和硅元素含量很高,具有极高的提取价值。本文先对粉煤灰进行酸处理,除去粉煤灰中碱金属元素,提高硅铝比,之后采用水热合成法直接合成了高结晶度的ZSM-5沸石分子筛,此外还在水热合成时加入一定比例正硅酸乙酯(TEOS)后制备高硅铝比ZSM-5沸石分子筛,对二者在结构、结晶度和储氢性能方面进行了研究。结果表明,加TEOS后的ZSM-5的储氢性能比没有加TEOS的储氢量高,储氢量从0.584%增加到0.846%。

(LaCa_(3))_(0.5-x)Mg_(1+4x)Ni_(9)(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)合金微观结构及储氢性能研究

AB3型La⁃Mg⁃Ni系列储氢合金由于储氢容量优异、放电容量高、活化快等优势受到储能领域的关注.采用真空感应熔炼法制备了(LaCa_(3))_(0.5-x)Mg_(1+4x)Ni_(9)(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)合金,表征合金的微观结构并测试储氢合金性能差异,研究合金A侧元素比例对合金性能影响的内在机理.合金活化性能受Mg元素取代量的影响明显,活化吸放氢速率随着Mg质量分数的增加先增加后减小.随着Mg替代量的增加,合金的最大吸放氢容量分别由1.866%和1.311%提高到1.972%和1.732%,吸放氢焓变绝对值分别由15.71 kJ/mol和17.88 kJ/mol降低到8.88 kJ/mol和9.28 kJ/mol,其热稳定性降低,这对改善热力学性能有积极作用.

二维Mo_(2)TiC_(2)MXene材料对调节MgH_(2)储氢性能的催化作用

通过刻蚀Mo_(2)TiAlC_(2)合成二维Mo_(2)TiC_(2) MXene材料,并将其与MgH_(2)复合以调节MgH_(2)的储氢性能。Mo_(2)TiC_(2)的掺杂使MgH_(2)的初始放氢温度从330℃显著降低至187℃。等温放氢性能测试表明,MgH_(2)+9%Mo_(2)TiC_(2)(质量分数)复合材料在300℃时4min内可快速释放6.4%(质量分数)的氢气。对于吸氢反应,完全脱氢的MgH_(2)+9%Mo_(2)TiC_(2)在175℃时5 min内吸收了6.5%(质量分数)的氢气。经过计算,MgH_(2)+9%Mo_(2)TiC_(2)的放氢反应活化能为(135.6±1.9)kJ/mol,吸氢反应活化能为(46.1±0.2)kJ/mol。20次循环后,MgH_(2)+9%Mo_(2)TiC_(2)复合材料的储氢容量损失1.0%(质量分数)。显微组织分析表明,Mo_(2)TiC_(2)中的Mo使MXene的稳定性增强、循环过程中活性Ti的生成量减少,从而导致催化剂的催化效果不如Ti_(3)C_(2)。

Pd、Ca双金属修饰对硅基纳米片储氢性能的影响研究

选择化学拓扑法制备纳米级硅基纳米片,用Pd、Ca双金属负载修饰改性。控制Pd负载的质量分数为5%[n(Pd)∶n(Ca)=1∶1],通过XRD、SEM、FTIR、P-C-T等手段讨论金属负载对硅基纳米片储氢性能的影响,结果表明,随着温度升高,样品的氢吸附量变大,表明产物的氢吸附属于物理吸附,且在475 K时达到最大吸附量1.6%,相比SNS在77 K时的氢吸附量1.4%有所提高,表明Pd、Ca双金属负载对于氢的吸附有促进作用。

石墨烯含量对Mg/MgH_(2)体系储氢性能的影响

MgH_(2)因具有高达7.6wt%的理论氢容量而被认为是一种很有前景的储氢材料,但其较差的动力学和热力学性能,限制了其实际应用。在MgH_(2)中加入催化剂是改善其吸放氢动力学的有效策略。利用机械球磨法制备Mg-xwt%石墨烯(x=0,1,2,3,5)复合储氢材料,采用XRD、SEM、TG-DSC和PCT对复合材料的物相组成、形貌结构和储氢性能进行了研究。结果表明:随石墨烯含量的增加,Mg/MgH_(2)储氢性能呈先增大后减小趋势。当石墨烯的含量达到2wt%时,Mg-2wt%G复合材料具有最佳的吸放氢性能、更快的吸放氢速率和更低的放氢温度;在350℃,300min下Mg-2wt%G吸氢量达4.07wt%,相同温度下,400min内放氢量为3.82wt%;放氢峰值温度较未添加石墨烯降低了11.4℃。

碳纳米纤维储氢性能初步研究

用自行研制的碳纳米纤维在特制的不锈钢高压回路中进行了吸附储氢的验证实验。实验结果表明 :在室温条件下 ,经适当处理的碳纳米纤维的储氢能力最高可达到 9.99W/ %。为目前常用的储氢合金 La Ni5的 7倍 ,显示出巨大应用前景。碳纳米纤维储氢机理尚有待进一步研究。

Pd在超级活性炭上的负载对其储氢性能的影响

负载金属Pd和PdO都有助于提高超高比表面积活性炭的吸氢性能,并能使其吸氢能力分别提高2倍～4倍和4倍～5倍左右.同时由于过渡金属在高温下容易发生团聚和迁移现象,负载在活性炭上的金属Pd的还原温度和还原时间应分别控制在125℃和2h.在0℃和27℃常压下,Pd/AC和PdO/AC(SBET为3886m2/g)对氢的饱和吸附量分别为:20mL/g、23mL/g和14mL/g、15.8mL/g,且它们的循环使用寿命良好.

掺Cr纳米晶Mg_2Ni合金的气态储氢性能

纳米晶Mg2 Ni1-xCrx(x =0 ,0 .1,0 .2 ,0 .3)合金由纯Mg、Ni、Cr粉在 5 0 0℃经 3h烧结后机械球磨而成。在 2 10℃吸氢、2 5 0℃放氢的条件下 ,添加Cr后合金的最大吸放氢量明显提高 ;纳米Mg2 Ni0 .8Cr0 .2 合金的气态储氢量和吸氢动力学性能较好 ,第一次放氢量就达到 3.0 % ,并且循环稳定性良好 ,吸氢后生成Mg2 NiH4 、Mg2 NiH0 .2 4 相。纳米Mg2 Ni0 .7Cr0 .3 合金的放氢量在不经过活化的条件下便达到最大值 ,然而循环稳定性差 ,这是由于循环过程中有MgH2

V-Ti-Cr-Fe合金的储氢性能研究

研究了V（30％）-Ti（15％～55％）-Cr（7％～43％）-Fe（2％～18％）（原子分数，下同）四元合金的储氢性能。结果表明：V-Ti-Cr-Fe四元合金的吸氢量与有效吸氢量主要由Ti／（Cr＋Fe）比决定，当Ti／（Cr＋Fe）=1时，合金具有最好的吸放氢性能。随着Ti／（Cr＋Fe）比升高，合金的晶格常数增大，氢化物的生成焓增大，放氢平台压力降低。在298K时，V30Ti35Cr25Fe10合金的吸氢量达到3．6％（质量分数，下同），有效吸氢量达到2．0％。