多壁碳纳米管的球磨处理对其吸附储氢性能的影响

研究了球磨改性对多壁碳纳米管储氢性能的影响,球磨处理前后的碳纳米管微观结构采用TEM和XRD进行表征.结果发现,球磨处理能使碳纳米管长度变短,管端口打开,缺陷增多,表面积增大,球磨处理12h的碳纳米管的吸附量从未球磨的1.60%(ω)提高到2.55%(ω),表明球磨改性能明显提高碳纳米管的吸附量.

多壁碳纳米管吸附储氢性能的研究

采用容量法研究温度在273～300K范围内,压力升高到10 MPa时多壁碳纳米管的吸附储氢性能。采用SEM、TEM和低温N_2吸附对碳纳米管的微观结构进行表征。结果发现,在相同压力下吸附量随温度的增加而降低,表明碳纳米管的吸附主要是物理吸附。采用Clausius-Clapeyron方程解析了氢气在碳纳米管上的等量吸附热,平均值为9.1 kJ/mol。

碳纳米纤维吸附储氢性能评价

利用N_2(T=77K)、H_2(T=298K)在三种碳纳米纤维材料中的吸附等温线,对这三种材料的吸附储氢性能进行了评价。以N_2在77K下的吸附等温线为基础,分别用BET方法和BJH方法计算了这三种材料的比表面积和孔径分布,讨论了比表面积、孔径分布和吸附性能之间的关系。计算和实验结果表明:这三种材料均只含有少量的微孔,吸附性能较差。在三种后处理方法中,以水蒸气氧化法的效果最好,所得材料比表面积最大, 微孔容积所占比例也最大,相应的吸附性能也最好。

碳基吸附储氢材料

本文综述了活性炭、活性碳纤维、碳纳米纤维和碳纳米管的结构与储氢性能。活性炭只是在低温下才 有好的吸附储氢性能,碳纳米材料吸附储氢对于工业应用还不成熟。活性碳纤维是一种可大规模生产且成本较低的微孔吸附材料,其作为储氢材料具有一定的工业前景。

碳基材料吸附储氢原理及规模化应用前景

评价了各种可行的规模化储氢方法,指出碳基材料低温吸附储氢是最有工业化前景的储氢技术。分析了活性炭和碳纳米管及纳米碳纤维吸附储氢机理,指出在将其作为具有实用性的储氢材料之前,必须解决的两个关键问题,即如何提高其体积储氢密度,以及如何改善其吸放氢的动力学行为。

碳材料吸附储氢技术

主要介绍了碳材料的吸附储氢性能，结构特点及研究动向。

金属有机骨架低温吸附储氢罐充气过程的数值模拟研究

针对金属有机骨架(MOF)吸附储氢罐充气过程中的热效应会降低吸附效果、恶化充气过程的问题,通过COMSOL Multiphysics软件,对MOF-177低温吸附储氢罐的充气过程进行模拟,通过改变充气流速、吸附剂热导率以及添加换热片的方式,分析了充气过程中温度、压力等的变化。结果表明:先快后慢的充气方式能有效降低最高压力;提高吸附剂热导率以及添加换热片能够明显降低充气过程中的温升和压升。

碳基吸附剂储氢吸附热的密度泛函理论

为比较狭缝孔、纳米管两种典型碳基吸附剂的储氢性能 ,应用非局域密度泛函理论、微观物理学、吸附平衡原理、典型吸附剂储氢试验结果计算并分析了典型碳基吸附剂的氢等量吸附热 .结果表明 ,两类吸附剂的氢等量吸附热相差不大 ,等温线变化规律相似 ,并且只有在低温 (液氮 )、适度压力时吸附储氢的质量密度才有望达到DOE标准 .

小型储氢罐低温吸附特性影响因素及解决方案研究

为解决小型储氢罐在低温吸附过程中的高温积聚问题,本文首先对装有不同吸附材料金属有机骨架MOF-177和活性炭AX-21-33的小型储氢罐的充放气特性进行有限元数值模拟。研究发现,在充气过程中,热效应和压缩功产生的热积聚现象会严重影响氢气的吸附效果。对此,本文提出在储氢罐内部加设换热肋片的解决方案,通过改变换热肋片的位置和间隔,分析其对充气过程中罐内温度、压力和吸附量产生的影响。结果表明:该方案能有效降低储氢罐内的温度,也能解决底部高温聚集问题。本文研究结果对氢能应用具有一定的指导意义。

纳米多孔碳气凝胶的储氢性能

以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝胶工艺,结合高温碳化和溶剂替换常压干燥技术,制备了碳气凝胶。通过改变间苯二酚与碳酸钠的物质的量比和反应物间苯二酚与甲醛的质量分数,实现对碳气凝胶孔洞结构的控制。制备了钯掺杂碳气凝胶。以透射电镜、X射线衍射谱证实了钯元素以纳米单质颗粒形式存在于碳气凝胶的骨架结构中。对掺杂碳气凝胶进行了活化工艺的后处理,成功提高了比表面积有2倍之多,获得了比表面积为1 273m2/g的钯掺杂碳气凝胶。氢吸附性能研究结果表明:最优活化工艺所得的碳气凝胶样品(3 212m2/g)在92K,3.5MPa条件下的饱和储氢质量分数为3%,此样品在303K,3.2MPa时的储氢质量分数为0.84%。对钯掺杂碳气凝胶的常温(303K)氢吸附测试表明,掺杂后碳气凝胶的总储氢质量分数下降了,但单位比表面积的储氢质量分数提高了。

固体储氢材料的研究进展

论述了目前几种主要固体储氢材料的研究进展,包括金属基合金材料(镁系合金、稀土系合金、钛系合金和锆系合金)、碳基材料(活性炭、石墨纳米纤维、碳纳米纤维和碳纳米管)、玻璃微球、配合物以及金属有机框架物。通过比较各种材料储氢的机理与方式、吸放氢的温度与压力、循环寿命,分析了其优缺点,并展望了固体储氢材料未来的发展趋势,认为开发安全稳定高效的复合储氢材料、实现固体储氢材料的工业化制备是未来储氢材料研究的新方向。

不同直径多壁碳纳米管对其储氢性能的影响

研究了不同直径的多壁碳纳米管对其吸附储氢的影响。其中的碳纳米管以Fe/SiO2粉状物作催化剂分别在600、700、800℃下用化学沉积法制备。结果发现,碳纳米管粗样品储氢量很少,而纯化后的样品的储氢量有了明显的提高。同时碳纳米管的储氢量与其直径存有一定的比例关系,这表明碳纳米管的直径对储氢量产生很大的影响。

热处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

文章采用容量法测量在常温下压力升高到10 MPa时,多壁碳纳米管的吸附储氢性能,分析了热处理对碳纳米管的结构和吸附储氢量的影响。采用透射电镜(TEM)、激光拉曼光谱(Raman)和低温N2吸附(BET)对碳纳米管的微观结构进行表征。结果发现,热处理能明显地提高碳纳米管的石墨化程度,热处理后碳纳米管的质量储氢容量从原来的1.90%升高到2.17%。

氢气在不同结构单壁碳纳米管束中的吸附

用巨正则系综蒙特卡罗 (GCMC)的方法进行了氢气在两种不同结构单壁碳纳米管束 (正四边形和正三边形 )中吸附的研究 ,模拟了三种不同温度下 (77K、1 33K及 2 98K)的吸附等温线 ,对两种不同结构单壁碳纳米管束吸附储氢性能进行了对比 .从势能场分布的角度分析了这两种不同结构碳纳米管束产生吸附性能差异的原因 ,讨论了不同管径和不同管间距的势能场分布以及对吸附性能的影响 .分析认为 :管间距的大小是产生势能场分布差异的主要原因 。

大温度区间氢的高压吸附等温线模型

氢在活性炭上的吸附等温线模型是储氢和分离（或纯化）氢气等工程项目的热力学和工程计算基础。Ｌａｎｇｍｕｉｒ、Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ、Ｖｉｒｉａｌ和ＤｕｂｉｎｉｎＡｓｔａｋｈｏｖ方程是用来描述气／固体系吸附等温线最常见的模型。但是它们在大温度范围的适用性从来没有检验过。本文采用７７２９８Ｋ、０７ＭＰａ范围内氢在活性炭上的吸／脱附数据，分别检验了上述四方程式对于实验数据的拟合程度，并以各实验温度下的标准偏差和整个实验范围内的总偏差对各方程的适用性做了定量的比较。结果表明，Ｄ－Ａ方程在全部实验条件下的总平均偏差为３．０％，是实验等温线最贴切的模型；Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程次之，总偏差为３．３％；Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程在１１３Ｋ以上温度下尚能作为等温线模型，但在更低的温度下绝不适用；Ｖｉｒｉａｌ方程与其类似，适用范围是１５３－２９８Ｋ。

氢在碳纳米纤维中的低温吸附储存特性

利用容积法测量了77K下氢在一种碳纳米纤维上的吸附等温线。采用分子模拟的方法模拟了77K下氢分子在平板状碳纳米纤维中的吸附,碳纳米纤维的石墨层层间距分别为0.335nm、0.6nm、0.9nm以及1.5nm。模拟结果表明:石墨层层间距为0.335nm的碳纳米纤维在77K下吸附储氢密度很难达到DOE的能量密度标准;当板间距为0.9nm时,系统吸附储氢的重量密度和体积密度均能达到最大,且在77K、1MPa下,能达到DOE的能量密度标准。

格子理论预测氢在碳吸附剂微孔内的过剩吸附

基于Dubinin势论的修正型D-A方程，需用实验数据定义PS，使其适用性不受到限 制，而引入基于格子理论的Ono-Kondo方程，以预测超临界高压氢气在碳狭缝微孔内的过剩 吸附。预测了77～298 K温度时，氢在碳吸附剂微孔内的对比过剩吸附量，并与AX-21活性 碳的氢吸附实验结果、GCMC分子模拟结果作了比较。结果表明，该方程能反映出超临界流体 吸附等温线的特点，并能很好地预测氢气在活性碳微孔内的吸附趋势。

氢在单壁碳纳米管中吸附的计算机模拟

采用巨正则系综蒙特卡罗(Grand Canonical Ensemble Monte Carlo,GCEMC)方法模拟了不同结构参数(管径和管间距)的单壁碳纳米管在不同操作工况(温度和压力)下的吸附储氢性能。由计算结果发现,在不同管间距的情况下,不同的管径对吸附性能的影响不同:在管间距较小的情况下,吸附储氢重量百分比和体积百分比均随管径的增大而增大;在管间距较大的情况下,吸附储氢的体积百分比却随管径的增大而减小。在不同的操作工况下,存在一个最优的管间距,能使吸附储氢的体积百分比达到最大值。通过模拟,得到77K下最接近DOE能量密度标准的碳纳米管结构参数和操作工况。

氢在多壁碳纳米管中的吸附储存

利用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)的方法模拟了氢在多壁碳纳米管中的吸附,氢气分子之间、氢气分子和碳原子之间的相互作用势能采用Lennard-Jones势能模型。模拟了不同结构参数(管内径、管壁数、管壁间距)的多壁碳纳米管在77K和298K下的吸附等温线,分析了多壁碳纳米管的管内径、管壁数以及管壁间距对吸附性能的影响。模拟结果表明:多壁碳纳米管的管壁数和管壁间距对吸附性能的影响较明显;管壁数越少,管壁间距越大,其吸附性能越好;多壁碳纳米管的管内径对其吸附性能的影响甚微。

储氢技术的新进展

全面地介绍了各种储氢方式的性能，特点及当前的研究方向。