Yfirlit yfir vetnisgeymslublöndur
Ólíkt eðlisfræðilegum vetnisgeymsluaðferðum eins og háþrýstigashylki eða lághitavökvun, geta vetnisgeymslublöndur geymt vetni í formi málmhýdríðs með því að sameinast vetnun og geta losað vetni við ákveðnar aðstæður. Notkun vetnisgeymslublendis til að geyma vetni hefur ekki aðeins einkenni stórrar vetnisgeymslu, lítillar orkunotkunar og þægilegrar notkunar, heldur forðast einnig risastóra og fyrirferðarmikla stálílát, sem gerir geymslu og flutning þægilegri og öruggari.
Sem vetnisgeymsluefni hafa málmblöndur mismunandi kröfur eftir mismunandi notkun þeirra. Almennt séð eru nokkrar grunnkröfur: Í fyrsta lagi ætti frásogsgeta vetnis á hverja massaeiningu og rúmmálseiningu að vera stór, sem ákvarðar magn tiltækrar orku; Í öðru lagi ætti jafnvægisþrýstingur fyrir myndun og niðurbrot málmhýdríða að vera viðeigandi, það er að þeir geta tekið upp og losað mikið magn af vetni við hæfilegan og stöðugan vetnisþrýsting; Í þriðja lagi er frásog og afsogshraði vetnis hratt og hefur góða afturkræfni; Í fjórða lagi hefur það sterka andoxunarefni, raka og óhreinindieitrunarhæfileika og hefur mikla líftíma. Þetta er eins og líffræðileg öndun, sem krefst nægilegs andardráttar, rólegrar og mjúkrar öndunar.
Rannsókn á vetnisgeymslublendi hófst á sjöunda áratugnum. Í fyrsta lagi uppgötvuðu Reilly og Wiswall frá Brooke-Haven National Laboratory í Bandaríkjunum Mg vetnisgeymslu Ni álfelgur með mg / Ni hlutfallinu 2:1. Árið 1970 uppgötvaði Phillips Laboratory í Hollandi LaNi5 málmblöndu, sem hefur góða vetnisgeymslueiginleika við stofuhita. Þá fundu Reilly og Wiswall FeTi millimálmsambönd. Síðan þá hafa lönd um allan heim aldrei stöðvað rannsóknir og þróun nýrra vetnisgeymslublendis.
Mynd 1 Skýringarmynd af frásogskerfi vetnis í vetnisgeymslublendi
Málmþætti sem geta hvarfast við vetni til að mynda hýdríð má venjulega skipta í tvo flokka: annar er A-hliðarmálmar eins og Ti, Zr, Ca, Mg, V, Nb, sjaldgæf jarðefni o.s.frv. Þessir málmþættir eru auðveldir. að hvarfast við vetni til að mynda stöðug hýdríð og losa mikið magn af hita, þekktur sem útverma málmar; Önnur tegund eru B-hliðarmálmar eins og Fe, Co, Ni, Cr, Cu, Al o.s.frv. Þessir málmþættir hafa litla sækni í vetni og eiga ekki auðvelt með að mynda hýdríð. Þegar vetni leysist upp í þeim er um innhverma viðbrögð að ræða, þannig að þessir málmar eru kallaðir innhitamálmar. Vetnisgeymslublöndurnar sem nú eru í rannsóknum og þróun eru að mestu samsettar úr A-flokki málmum og B-flokki málmum til að útbúa vetnisgeymslublöndur með afturkræfri vetnisupptöku og afsogsgetu við viðeigandi hitastig. Þessum vetnisgeymslublöndur má aðallega skipta í eftirfarandi flokka: AB5 gerð (sjaldgæf jarðefna röð), AB ₂ gerð (sirkon og títan röð), AB gerð (járn títan röð), A ₂ B gerð (magnesíum röð) vetnis geymslu málmblöndur , o.s.frv.
Stóra fjölskyldan af vetnisgeymslublendi
(1) AB5 gerð sjaldgæf jarðvegs vetnisgeymslublendi
Sjaldgæfa jörð vetnis geymslu málmblöndur sem LaNi5 táknar er talin hafa bestu notkunarafköst meðal allra vetnis geymslu málmblöndur. Kristalbygging þess er sýnd á mynd 2. LaNi5 hvarfast við vetni við nokkra loftþrýsting við stofuhita og hægt er að vetna það til að mynda LaNi5H6. Geymslugeta vetnis er um 1,4wt.%, niðurbrotsþrýstingur (vetnislosunarjafnvægisþrýstingur) við 25 gráður er um 0.2MPa, frásog og losunarhraði vetnis er hratt og það hentar mjög vel til notkunar í stofuhita umhverfi. Hins vegar, eftir að hafa tekið upp vetni, stækkar rúmmál einingarfrumu (um 23,5%) og við endurtekna frásog og losun vetnis mun málmblönduna vera mjög duft. Sjaldgæf jörð AB5 gerð LaNi5 og tengdar afleiddar málmblöndur er hægt að nota sem neikvæð rafskautsefni fyrir nikkel-málmhýdríð rafhlöður og hafa nú verið iðnvædd í ýmsum löndum.
Á undanförnum árum hafa sjaldgæfar jörð vetnis geymslu málmblöndur þróað ekki stoichiometric AB₃ og A2B7 vetnis geymslu málmblöndur. Vetnisgeymslugeta málmblöndunnar er meiri en AB5 málmblöndunnar og það getur tekið í sig vetni við stofuhita, svo sem La0.7Mg0.3Ni2 Afturkræf vetnisgeymslugeta .8Co 0.3 getur náð 1,8wt.%.
Mynd 2 Kristalbygging LaNi5
(2) AB2 gerð sirkon-undirstaða og títan-undirstaða vetnis geymslu málmblöndur
AB₂ gerð Laves fasa vetnisgeymslublendis er skipt í tvo flokka: títan-undirstaða og sirkon-undirstaða. Sirkon-undirstaða AB₂-gerð vetnis geymslu málmblöndur innihalda aðallega Zr-V röð, Zr-Cr röð og Zr-Mn röð. ZrMn₂ er álfelgur með mikla frásogsgetu vetnis (geymslugeta vetnis 2.0ww.%, fræðileg rafefnafræðileg getu 482mAh/g). Seint á níunda áratugnum, til að laga sig að þróun rafskautsefna, var röð rafskautsefna þróuð byggð á ZrMn álfelgur. Þessi tegund af efni hefur kosti mikillar losunargetu og góðrar virkjunarframmistöðu, þannig að það hefur góða umsóknarhorfur. Títan-undirstaða AB₂-gerð vetnisgeymslu málmblöndur innihalda aðallega tvo flokka: TiMn-undirstaða og TiCr-undirstaða. Þegar Ti-Mn samsetningin var fínstillt, komst Panasonic Corporation í Japan að því að málmblönduna með Mn/Ti=1.5 hefur mesta vetnisgeymslugetu við stofuhita, sem getur náð TiMn1.5H2 .5 (vetnisinnihald er u.þ.b. 1,8wt%). Að auki geta yfirborðsbreytingar eins og heitt alkalí gegndreyping og flúormeðferð verulega bætt virkjun og hraða vetnishleðslu og losunarframmistöðu málmblöndunnar.
Títan/sirkon vetnisgeymslublöndur eru að mestu notaðar í málmhýdríð vetnisgeymslutanka vetniseldsneytisbíla. Sem stendur eiga málmblöndur af AB₂-gerð við vandamál eins og erfiðleika við upphaflega virkjun, lélega háhraða losunarafköst og tiltölulega hátt hráefnisverð fyrir málmblöndurnar. Hins vegar, vegna þess að AB₂-gerð málmblöndur hafa kosti mikillar vetnisgeymslugetu og langrar endingartíma, er litið á þær sem nikkel-málmhýdríð rafhlöður. Næsta kynslóð af rafskautaefnum með mikla afkastagetu.
(3) AB gerð járn-títan vetnis geymslu málmblöndu
AB-gerð vetnisgeymslu málmblöndur innihalda TiFe-undirstaða málmblöndur og TiNi-undirstaða málmblöndur. TiFe álfelgur er dæmigerður fulltrúi fyrir AB-gerð vetnisgeymslu álfelgur og var uppgötvað af Reilly og Wiswall frá Brookhaven National Research Institute í Bandaríkjunum árið 1974. Eftir að TiFe álfelgur er virkjað getur hún tekið til baka og losað mikið magn af vetni kl. stofuhiti. Fræðileg vetnisgeymslugeta er 1.86wt.%, og jafnvægisvetnisþrýstingur við stofuhita er 0.3MPa. Það er mjög nálægt iðnaðarnotkun, er ódýrt og hefur nóg af auðlindum. Það er mikið notað í iðnaðarframleiðslu. hafa ákveðna kosti. Hins vegar hafa TiFe málmblöndur einnig stóra annmarka, svo sem erfiðleika við virkjun, lélegt viðnám gegn eitrun af völdum óhreinindalofttegunda og hnignun á frammistöðu eftir endurtekið frásog og losun vetnis. Til að vinna bug á þessum göllum og þróa hentugri málmblöndur hefur fólk þróað röð nýrra málmblöndur sem byggjast á Ti-Fe tvíundir málmblöndur með því að skipta Fe út fyrir önnur frumefni.
(4) A₂B gerð magnesíumvetnisgeymslublendi
Mg er í áttunda sæti í jarðskorpunni (2,7%) og er mikið af forða. Vegna virkra efnafræðilegra eiginleika þess er það til í náttúrunni í formi efnasambanda eða steinefna. Atómbyggingarlíkan magnesíumvetnisgeymslublendis er sýnt á mynd 3. Við 300~400 gráður og háan vetnisþrýsting getur magnesíum hvarfast beint við vetni til að mynda MgH2 og losað mikið magn af hita. Viðbragðsjafnan er sem hér segir:
Mg + H₂=MgH₂
Fræðilegt vetnisinnihald þess getur náð 7,6wt.%H. Af afturkræfum hýdríðum sem notuð eru til vetnisgeymslu hefur magnesíumhýdríð hæsta orkuþéttleikann (9MJ/kg Mg) og er mjög hugsanlegt vetnisgeymsluefni. Hins vegar hefur Mg mikinn varmafræðilegan stöðugleika og lélega vetnislosun. Þess vegna er aðeins hægt að vetna hreint magnesíum við háan hita og háan vetnisþrýsting og afvetna við háan hita og lágan þrýsting, sem takmarkar hagnýt notkun þess.
Mynd 3 Atómbygging líkan af magnesíum byggt vetnis geymslu málmblöndur
Til þess að lækka vetnislosunarhitastig Mg og bæta varmafræðilega eiginleika, er Mg blandað með Ni, Cr, Co, Fe, Ti, RE (sjaldgæft jörð) og öðrum málmum til að búa til tvöfalda eða flóknari málmblöndur og hýdríð og flóknar málmblöndur. hýdríð Niðurbrotshitastig MgH₂ er oft lægra en MgH₂. Magnesíum-undirstaða vetnis geymslu málmblöndur, hönnuð með þessari hugmynd, innihalda aðallega Mg-Co, Mg-Cu, Mg-Ni, Mg-Fe, Mg-La, Mg-Al og önnur kerfi, svo og þrí- og fjölþátta málmblöndur þróuð á þessum grundvelli. álfelgur. Hægt er að bæta vetnisupptöku og afsogshraða hreina Mg-H vetnisgeymslukerfisins með því að breyta yfirborði Mg fylkisins, auka yfirborð þess til að auka sækni fylkisyfirborðsins fyrir vetni og auka dreifingarhraða. Meðal þeirra geta aðferðir eins og vélræn kúlumölun og að bæta við hvata bætt verulega frásog og losunargetu vetnis Mg fylkisins og aukið möguleikann á hagnýtri notkun.
HNRE hefur þróað margs konar ný vetnisgeymsluefni og komið á fót rannsóknar- og þróunarkerfi með sjálfstæðum hugverkaréttindum, stundað rannsóknir á notkun vetnisgeymsluefna, aðallega þróun sjaldgæfra jarðarvetnisgeymslu, háhreins vetnishreinsunar sjaldgæfra jarðarefna, og leysa ýmis helstu tæknileg vandamál í verkfræðiforritum. Ákveðið vetnisgeymsluefni hlaut önnur verðlaun National Technical Invention árið 1998. HNRE útvegar alls kyns vetnisstroge efni, sérstaklega LaNi, MgNi málmblöndur til viðskiptavina heima og erlendis.