功能材料概論5(儲氫材料)

第四章儲氫材料

(Hydrogenstoragematerials)在通常條件下能可逆地大量吸收和放出氫氣的特種材料。4.1氫——二十一世紀(jì)的綠色能源能源是人類發(fā)展的根本保證。自英國工業(yè)革命以來，社會的進(jìn)步可以說是建立在大量使用化石能源的基礎(chǔ)上。人類創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)文明，同時發(fā)現(xiàn)化石能源日益枯竭、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。但由于人口的增長和人類生活水平的普遍提高，人類對能源的需求還在急劇增加，尋找新的潔凈能源無論對我國還是對整個世界的可持續(xù)發(fā)展都有著特別重要的意義。

氫能正是一種不依賴化石燃料、來源廣泛、清潔無污染的二次能源，可以同時滿足資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求，是其它能源所不能比擬的。同時，氫能以其高燃燒效率、易于低成本儲存和輸送以及用途多樣化等突出優(yōu)點而引人注目。氫能成為新世紀(jì)的重要二次能源已被科學(xué)界廣泛認(rèn)同。4.2氫能利用關(guān)鍵技術(shù)氫能系統(tǒng)包括從氫能的生產(chǎn)到氫能的最終使用裝置為止的各種氫能綜合利用系統(tǒng)。一般說來，一個氫能系統(tǒng)是由氫的生產(chǎn)系統(tǒng)、氫的供應(yīng)系統(tǒng)、氫的儲存系統(tǒng)和氫的最終使用系統(tǒng)四個部分組成。目前，將氫作為燃料利用推向?qū)嵱没?、?guī)?；年P(guān)鍵是氫的儲存。缺乏儲存大量氫氣的材料和技術(shù)阻礙了氫能的應(yīng)用。許多研究機構(gòu)和公司提出了儲氫標(biāo)準(zhǔn)，其中，美國能源部（DOE，DepartmentofEnergy）公布的標(biāo)準(zhǔn)較具權(quán)威：能在溫和的條件下儲存和釋放氫氣，體積儲氫密度必須達(dá)到63kg·m-3，質(zhì)量儲氫密度要達(dá)到6.5wt%，并且易于商業(yè)化生產(chǎn)和使用。（2012：6.5wt%，63kg·H2·m-3.2015：9.0wt%，81kg·H2·m-3）化石能源太陽能風(fēng)能海洋能地?zé)崮茉幽苊菏吞烊粴馑镔|(zhì)副產(chǎn)氫蒸汽轉(zhuǎn)化法微生物法汽化熱化學(xué)循環(huán)電解法煤氣化法部分氧化法氫加壓精制壓縮碳材氫化物冷凍有機液玻璃微球管道船舶車輛氫化物箱儲槽化學(xué)工業(yè)航空航天電子工業(yè)冶金工業(yè)燃料電池發(fā)動機家庭民用能源制氫原料制氫方法儲氫系統(tǒng)輸送系統(tǒng)氫的利用4.2.1制氫技術(shù)化石燃料制氫——目前主要的制氫方法（~90%）

A甲烷重整(SteamMethaneReformation,SMR)、B天然氣熱解制氫、C煤汽化、D重油部分氧化。水制氫理論分解電壓1.23V，每1Kg氫電耗為32.9KWh。實際為約46.8KWh。生物質(zhì)制氫

藻類和藍(lán)細(xì)菌光解水；光合細(xì)菌光分解有機物；有機物發(fā)酵制氫；光合微生物和發(fā)酵性微生物的聯(lián)合運用；生物質(zhì)熱解或氣化制氫。4.2.2儲氫方法氫在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為空氣的1/14。在氫能技術(shù)中，氫的儲存是最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氫氣儲存方法主要有五種：高壓儲氫、液化儲氫、有機溶劑儲氫、金屬氫化物儲氫和吸附儲氫。（a）高壓儲氫氫氣被壓縮后在氣缸里以氣體形式儲存，這種技術(shù)和壓縮天然氣、煤氣技術(shù)相類似。優(yōu)點：簡單，常用。缺點：體積能量密度低（氫氣所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，僅1wt%~2wt%、能耗高）；對容器耐壓性能高；安全性差。（b）液態(tài)儲氫液化儲氫是將氫氣液化后儲存在真空罐里。

優(yōu)點：體積能量密度高。缺點：液化耗能高(4~10kw·h/kg)；易蒸發(fā)損失；對儲槽絕熱和耐低溫性能要求高。（c）有機溶劑儲氫有機溶劑儲氫技術(shù)是借助苯、甲苯(Toluene，簡稱TOL)等儲氫劑與氫載體環(huán)己烷(Cyclohexane，簡稱Cy)、甲基環(huán)己烷(Methylcyclohexane，簡稱MCH)和氫氣的一對可逆反應(yīng)來實現(xiàn)氫的儲放，簡稱MTH系統(tǒng)(甲基環(huán)己烷、甲苯、氫氣)和CBH系統(tǒng)(環(huán)己烷、苯、氫氣)。該儲氫系統(tǒng)由儲氫劑的加氫反應(yīng)、氫載體的儲存、運輸及氫載體的脫氫反應(yīng)3個過程組成。優(yōu)點：儲氫量高（苯為7.19wt%、甲苯為6.18wt%）；可利用現(xiàn)有設(shè)備；儲運簡單。缺點：吸放氫工藝復(fù)雜，脫氫溫度高；脫氫催化劑不穩(wěn)定；有機化合物的循環(huán)利用性差。（d）金屬氫化物儲氫金屬合金儲氫主要是利用元素周期表中ⅠA族堿金屬、ⅡA族堿土金屬、ⅢB~ⅤB族過渡金屬、稀土金屬、金屬間化合物等與氫氣反應(yīng)生成金屬氫化物來儲氫，氫表現(xiàn)為H-和H+之間的中間特性。

優(yōu)點：無需高壓及隔熱容器；安全性強。缺點：金屬價格昂貴；儲氫量低（＜6wt%)。

儲存介質(zhì)存在狀態(tài)氫相對密度儲氫量(wt.%)儲氫量(g/mL)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)H2氣態(tài)(1atm)11000.00008高壓H2氣態(tài)(150atm)150100(0.80*a)0.012液態(tài)H2液態(tài)778100(~5.0*b)0.062MgH2固態(tài)12227.600.098LaNi5H6固態(tài)11481.370.092TiFeH1.95固態(tài)10561.850.084Mg2NiH4固態(tài)10373.600.083VH2固態(tài)19443.810.156（e）物理吸附儲氫

利用吸附儲氫材料對氫分子的吸附作用而儲氫。吸附儲氫材料主要有分子篩、活性炭、高比表面積活性炭、新型吸附劑（碳納米管、碳納米纖維和納米石墨等碳納米材料）等。

Ⅰ

碳納米管

1997.3單壁碳納米管中的儲氫——《nature》1999.7堿摻雜的碳納米管在常壓常溫下的高吸氫量——《science》1999.11室溫下在單壁碳納米管上的儲氫——《science》5wt%~20wt%2010.2回顧碳納米管儲氫——《carbon》1998~2010，CNTS儲氫量逐年下降Ⅱ

玻璃微球直徑25~500um，球壁厚度1um，15%~42%。（f）配位氫化物儲氫堿金屬或堿土金屬與第三主族元素可與氫形成配位氫化物，其與金屬氫化物的區(qū)別主要在于其在吸氫過程中向離子或共價化合物轉(zhuǎn)變，也稱為離子型氫化物。科研人員開發(fā)了氫化硼鈉（NaBH4）和氫化硼鉀（KBH4）等氫化物儲氫材料，它們通過加水分解反應(yīng)可產(chǎn)生比其自身含氫量還多的氫氣。堿金屬、堿土金屬配位氫化物的通式為A(MH4)n，其中A一般為堿金屬（Li、Na、K等）或堿土金屬（Mg、Ca等），M則為第三主族的B或Al，n視金屬A的化合價而定(1或2)。

NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2

NaAlH4－7.47wt.%LiAlH4－10.62wt.%KBH4－7.47wt.%NaBH4－11.66wt.%LiBH4－18.51wt.%NH3BH3

－12.9wt.%關(guān)鍵問題是如何可控、高效的催化放氫，及對放氫產(chǎn)物低能耗再生氫化。

在一定溫度和壓力下，許多金屬、合金和金屬間化合物（Me）與氣態(tài)H2可逆反應(yīng)生成金屬固溶體MHx和氫化物MHy。反應(yīng)分三步進(jìn)行：第一步：先吸收少量氫，形成含氫固溶體（α相）。其固溶度[H]M與固溶體平衡氫壓的平方根成正比：第二步：固溶體進(jìn)一步與氫反應(yīng)，產(chǎn)生相變，形成氫化物相（β相）：式中：x為固溶體中的氫平衡濃度，y是合金氫化物中氫的濃度，一般y≥x。第三步：再提高氫壓，金屬中的氫含量略有增加。金屬與氫的反應(yīng)是一個可逆過程，吸氫時放熱，吸熱時放出氫氣。改變溫度和壓力條件可使反應(yīng)按正向、逆向反復(fù)進(jìn)行，實現(xiàn)材料的吸放氫功能。4.3儲氫合金4.3.1儲氫原理氫在金屬中的吸收和釋放，取決于金屬和氫的相平衡關(guān)系，影響相平衡的因素為溫度、壓力和組成。（也就是金屬吸氫生成金屬氫化物還是金屬氫化物分解釋放氫，受溫度、壓力和合金成分的控制）。反應(yīng)過程中，壓力p－濃度c－等溫溫度T之間的關(guān)系可用p-c-T曲線表示。p-c-T曲線是衡量儲氫材料熱力學(xué)性能的重要特性曲線。通過該圖可以了解金屬氫化物的含氫量(％)和任一溫度下的分解壓力值。p-c-T曲線的平臺壓力、平臺寬度與傾斜度、平臺起始濃度和滯后效應(yīng)，是常規(guī)鑒定儲氫合金吸放氫性能的主要指標(biāo)，又是探索新儲氫合金的依據(jù)。氫與金屬或合金的基礎(chǔ)反應(yīng)：（1）H2傳質(zhì)；（2）化學(xué)吸附氫的解離，H2＝2Had；（3）表面遷移；（4）吸附的氫轉(zhuǎn)化為吸收氫，Had

＝Habs；（5）氫在

相的稀固態(tài)溶液中擴散；（6）

相轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

相，Habs()＝Habs()；（7）氫在氫化物（

）中擴散。p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對應(yīng)一個M原子的氫原子數(shù)/n金屬--氫系理想的p-c-T圖T1、T2、T3表示三個不同溫度下的等溫曲線。橫軸表示固相中的氫原子H和金屬原子M的比(H/M)，縱軸是氫壓。溫度T1的等溫曲線中p和c的變化如下：T1保持不動，pH2緩慢升高時，氫溶解到金屬中，H/M應(yīng)沿曲線AB增大。固溶了氫的金屬相叫做

相。達(dá)到B點時，

相和氫氣發(fā)生反應(yīng)生成氫化物相，即

相。p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對應(yīng)一個M原子的氫原子數(shù)/n當(dāng)變到C點時，所有的

相都變?yōu)?/p>

相，此后當(dāng)再次逐漸升高壓力時，

相的成分就逐漸靠近化學(xué)計量成分。

p1p2p3p1p2p3T1T2T3T1T2T3>>溫度n2n1ABCDpH2對應(yīng)一個M原子的氫原子數(shù)/n在吸收和釋放氫過程中有金屬-氫系的平衡壓力不相等的滯后現(xiàn)象。產(chǎn)生滯后效應(yīng)的原因，目的還不太清楚，但一般認(rèn)為，它與合金氫化過程中金屬晶格膨脹引起的晶格間應(yīng)力有關(guān)。滯后程度的大小因金屬和合金而異，如MmNi5（Mm是混合稀土）和TiFe系氫化物的滯后程度較大。在熱泵等金屬氫化物的利用系統(tǒng)中，滯后效應(yīng)嚴(yán)重影響其使用性能。滯后越小越好。M-H系統(tǒng)p-c-T平衡圖元素周期表中，除He、Ne、Ar等稀有氣體外，幾乎所有的元素均能與氫反應(yīng)生成氫化物或含氫化合物。氫與堿金屬、堿土金屬反應(yīng)，一般形成離子型氫化物，氫以H-離子形式與金屬結(jié)合的比較牢固。氫化物為白色晶體，生成熱大，十分穩(wěn)定，不易于氫的儲存。大多數(shù)過渡金屬與氫反應(yīng)，則形成不同類型的金屬氫化物，氫表現(xiàn)為H-與H＋之間的中間特性，氫與這些金屬的結(jié)合力比較弱，加熱時氫就能從這些金屬中放出，而且這些金屬氫化物的儲量大，但單獨使用一種金屬形成氫化物生成熱較大，氫的離解壓低，儲氫不理想。絕大多數(shù)能形成單質(zhì)氫化物的金屬由于生成熱太大（絕對值）不適于作為儲氫材料。通常要求儲氫合金的生成熱為（-29.26~-45.98）kJ/molH2。為了獲得合適的氫化物分解壓與生成熱，必是由一種或多種放熱型金屬（Ti、Zr、Ce、Ta、V等）和一種或多種吸熱型金屬（Fe、Ni、Cu、Cr、Mn等）組成的金屬間化合物，如LaNi5和TiFe。適當(dāng)調(diào)整金屬間化合物成分，使這兩類組分相互配合，可使合金的氫比物具有適當(dāng)?shù)纳蔁岷蜌浞纸鈮骸Ｓ械倪^渡金屬元素對氫化反應(yīng)時氫分子分解為氫原子的過程起著重要的催化作用。1、容易活化，儲氫量大、能量密度高；2、吸氫和放氫速度快，氫擴散速度大，可逆性好；3、用于儲氫時生成熱盡量小，而用于蓄熱時生成熱盡量大；

4、有較平坦和較寬的平衡平臺壓區(qū)(室溫分解壓2~3atm)，分解壓適中，滯后??；5、金屬氫化物的有效導(dǎo)熱率大，電催化活性高；6、在反復(fù)吸、放氫的循環(huán)過程中，合金的粉化小，化學(xué)性能穩(wěn)定性好；7、在儲存與運輸過程中性能可靠；8、原料來源廣，成本低廉；9、對不純物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力強。4.3.2儲氫合金的要求4.3.3儲氫合金的種類儲氫合金主要分為鎂系（A2B型）、鑭（稀土）系（AB5型）、鈦系（AB型）、鋯（釩）系（AB2型）4大系。（1）鎂系

以Mg2Ni為代表，資源豐富、價格低廉和儲氫密度大（Mg的理論儲氫密度為7.6wt%），被認(rèn)為是最具潛力的儲氫材料。但鎂系合金作為儲氫材料的缺點是，鎂表面容易形成一層致密的氧化膜而難以活化，而且反應(yīng)動力學(xué)性能差、吸放氫速度慢、工作溫度高、在通常狀況下氫化過程不可逆且耐腐蝕性差等。Mg2Ni兩種改良型：Mg2-xMxNi（M＝Ca、Al）優(yōu)點：易形成氫化物，分解反應(yīng)速度比Mg2Ni增大40％以上；通過控制Al、Ca與Mg的置換量，可以調(diào)節(jié)平衡壓。Mg2Ni1-xMx

（M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等）優(yōu)點：氫化速度和分解速度均得到顯著提高M(jìn)g2Ni0.95Cr0.05的氫化速度和分解速度均得到改善，氫壓為4個大氣壓和296℃條件下可形成氫化物Mg2Ni0.95Cr0.05H3.9。（2）稀土系以LaNi5為代表，被認(rèn)為是儲氫合金中應(yīng)用性能最好的一類。稀土系合金具有儲氫速度快、易活化、不易中毒等優(yōu)點，但其吸氫后會發(fā)生晶格膨脹、合金易粉碎、鑭系金屬價格高、循環(huán)退化嚴(yán)重等。因此，現(xiàn)多采用以Mm(混合稀土（La，Ce，Sm）)、Ca、Ti等置換部分La，并以M（Al，Cu，F(xiàn)e，Mn,Ga，In，Sn，B，Pt，Pd，Co，Cr，Ag，Ir）等置換部分Ni的多元合金改善其性能。如在混合稀土材料中加入Mn，可以擴大儲氫材料晶格的吸氫能力，添加Co和Al又可制約Mn的偏析；以Sn部分替代MlNi5中（Ml：富含La和Nd的混合稀土金屬）的Ni可極大地改善合金的活化性能，而且隨Sn含量的增加，表面氫化物穩(wěn)定性逐漸增強。其中，以Al部分替代LaNi5中Ni的研究最受關(guān)注，因為Al置換部分Ni后，顯著改善了LaNi5的吸附性能和穩(wěn)定性。Gupta從電子角度研究表明，用Cu等3d系列金屬或Al、Sn等s-p系列金屬替代LaNi5中的Ni，可極大地影響合金性能，有望提高其儲氫容量，但卻會影響儲氫合金的穩(wěn)定性。Smardz等制備的納米LaNi4.2Al0.8合金，儲氫性能得到顯著改善。（3）鈦系

如鈦鐵、鈦錳、鈦鉻、鈦鋯、鈦銅等，它們除鈦鐵為AB型外，其余都為AB2型系列合金。鈦系儲氫合金中以鈦鐵、鈦錳儲氫合金最為實用，因為它們比較便宜，性能也較好，正在受到人們的重視。TiFe合金是鈦系儲氫合金的代表，理論儲氫密度約為1.8wt%，具有CsCl型結(jié)構(gòu)。TiFe合金的優(yōu)點是資源豐富，成本低，合金活化后，在室溫下即可吸放大量的氫，易于工業(yè)化生產(chǎn)；其缺點是合金活化困難，需要在較高溫度壓力下進(jìn)行，并且容易受雜質(zhì)氣體的影響。為了克服這些缺點，需要開發(fā)出更實用的儲氫合金。研究者在二元合金的基礎(chǔ)上，用其它元素（Co、Cr、Mo、V、Mn等）代替部分Fe，已開發(fā)出了一系列TiFe合金，如TiFe0.8Mn0.18Al0.02、TiFe0.8Ni0.15V0.05、TiMn0.5Co0.5、TiCo0.75Cr0.25等。有人研究了Ti0.95M0.05Co和TiCo0.95M0.05（M=Cr、Cu、Fe、La、Mn、Ni、V）系列合金，發(fā)現(xiàn)TiCo0.95Fe0.05H1.4和TiCo0.95Mn0.05H1.4作為儲氫合金具有令人滿意的特性。TiNi合金比較容易活化，但在室溫下吸放氫量小，平臺壓力也比較低。TiNi合金在堿液中具有良好的耐蝕性，可用做氫化物電極材料。

（4）鋯系

以ZrMn2為代表，該合金具有吸放氫量大（理論儲氫密度1.5wt%）、易于活化、反應(yīng)速度快、無滯后效應(yīng)等優(yōu)點，但吸放氫平臺低、價格昂貴、穩(wěn)定性較差。采用Ti代替部分Zr，并用Fe、Co、Ni等代替部分V、Cr、Mn等研制的多元鋯系儲氫合金，則性能更優(yōu)。為了改善其穩(wěn)定性，研究者一般采用多元合金復(fù)合的方法，如Zr(Mn-V-Ni-M)2+a（M代表Cr、Fe、Ni、Mn、V、Co，0≤a≤1）系列合金。Ti17Zr16Ni39V22Cr7

已成功用于鎳氫電池。有寬廣的元素替代容限，設(shè)計不同的合金成分用來滿足高容量，高放電率，長壽命，低成本不同的要求。

除金屬氫化物體系之外，其他具有高容量儲氫能力的儲氫材料也在發(fā)展中。

非晶態(tài)合金：與同組分的晶態(tài)合金相比，有更大的儲氫量，具有更高的耐磨性，經(jīng)幾百次吸放氫循環(huán)也不破碎。但非晶態(tài)在吸氫過程中往往被晶化。其吸氫機理不清楚，有待進(jìn)一步研究。將多種儲氫材料進(jìn)行復(fù)合制備復(fù)合儲氫材料。4.3.4儲氫合金的制備1.感應(yīng)熔煉法2.機械合金化（MA）法（機械球磨法）3.還原擴散法4.共沉淀還原法5.置換擴散法6.燃燒合成法機械球磨法因通常用于金屬合金化，所以又稱為機械合金化法（MA），現(xiàn)在，這一方法大量應(yīng)用于非金屬材料以及金屬、非金屬復(fù)合材料的制備。它是將兩種以上的金屬或非金屬粉末的混合物，通過高能球磨，最終形成具有微細(xì)組織結(jié)構(gòu)的合金或復(fù)合粉末。對MA過程的研究表明，MA過程還可以誘發(fā)常溫或低溫下難以進(jìn)行的固-固（S-S）、固-液（S-L）和固-氣（S-G）多相化學(xué)反應(yīng)，利用這些反應(yīng)制備出了性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。

球磨反應(yīng)機理在球磨過程中，粉末顆粒發(fā)生強烈塑性變形產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，顆粒內(nèi)產(chǎn)生大量的缺陷，這顯著降低了元素的擴散激活能，使得組元間在室溫下可顯著進(jìn)行原子或離子擴散；顆粒不斷冷焊斷裂，組織細(xì)化，形成了無數(shù)的擴散/反應(yīng)偶，同時擴散距離也大大縮短。應(yīng)力、應(yīng)變、缺陷和大量納米晶界、相界的產(chǎn)生，使系統(tǒng)儲能很高，達(dá)十幾kJ/mol，粉末活性被大大提高；在球與粉末顆粒碰撞瞬間造成界面處的擴散，而且還可以誘發(fā)此處的多相化學(xué)反應(yīng)，目前已在很多系統(tǒng)中實現(xiàn)了反應(yīng)。影響球磨強度的因素有研磨設(shè)備、球料比、球磨時間、球磨轉(zhuǎn)速、球磨方式、溫度、球磨氣氛、過程控制劑以及球磨介質(zhì)等。通常，球磨強度越小，碰撞引起的粉末塑性變形功和應(yīng)變能及粉末溫升越??；球磨強度越大，粉末變形功越大，粉末溫升迅速提高。

4.4儲氫材料的應(yīng)用氫與金屬間化合物在生成金屬氫化物和釋放氫的過程中，可以產(chǎn)生以下功能：(1)有熱的吸收和釋放現(xiàn)象，氫可作為一種化學(xué)能加以利用；(2)熱的釋放與吸收也可作為一種熱力功能加以利用；(3)在一密封容器中，金屬氫化物所釋放出氫的壓力與溫度有一定關(guān)系，利用這種壓力可做機械功；(4)金屬氫化物在吸收氫過程中還伴隨著電化學(xué)性能的變化，可直接產(chǎn)生電能，這就是電化學(xué)功能。

充分利用這化學(xué)、機械、熱、電四大功能，可以開發(fā)新產(chǎn)品；同時，多次吸、放氫后，金屬氫化物會自粉碎成細(xì)粉，表面性能非常活潑，用作催化劑很有潛力，這種表面效應(yīng)功能也很有開發(fā)前途。1.高容量儲氫器用高儲氫量的儲氫材料以及高強鋁合金儲罐，從工藝上降低成本，減輕重量，這種高容量儲氫器可在氫能汽車、氫電動車、氫回收、氫凈化、氫運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。2.分離、回收氫利用儲氫材料吸收氫的特性，可從氯堿、合成氨的工業(yè)廢氣中回收氫；可方便而廉價地獲取超高純H2(99.9999％)，實現(xiàn)氫的凈化；還可將難與氫分離的氣體，如氦經(jīng)濟(jì)地分離出來，無須慣用的深冷方法而實現(xiàn)氫的分離。3.同位素的分離可用于吸收核反應(yīng)堆的重水慢化器及冷卻器中產(chǎn)生的氫、氖、氚等氫同位素，以避免核反應(yīng)器材料的氫脆和防止環(huán)境污染，對吸收的氫同位素還可以利用儲氫材料的氫化物與氘化物平衡壓力的差異、經(jīng)濟(jì)有效地實現(xiàn)氫氘分離，即氫的同位素分離。靜態(tài)壓縮機利用氫化物的平衡壓力隨溫度指數(shù)變化的規(guī)律，室溫下吸氫，然后提高溫度以使氫壓大幅度提高，同時使氫凈化。這樣不用機械壓縮即可制高壓氫，所用設(shè)備簡單，無運轉(zhuǎn)部件，無噪聲，用于此目的儲氫合金稱為靜態(tài)壓縮機。5.熱泵利用儲氫材料的熱效應(yīng)和平臺壓力的溫度效應(yīng)，只需用低品位熱源如工業(yè)廢熱、太陽能作能源，即可進(jìn)行供熱、發(fā)電、空調(diào)和制冷。過去一般為2段式熱泵，1次升溫，現(xiàn)發(fā)展成3段式熱泵，2次升溫，可使65~90℃廢熱水升溫至130℃或更高，可直接用于產(chǎn)生蒸汽再發(fā)電，并可充分利用環(huán)境熱，制成新型空調(diào)器和冰箱，可節(jié)能80％。6.用作催化劑儲氫材料可用作加氫和脫氫反應(yīng)的催化劑，如LaNi5、TiFe用作常溫常壓合成氨催化劑、電解水或燃料電池上的催化劑。它可降低電解水時的能耗，提高燃料電池的效率。7.發(fā)展鎳氫電池由于鎘有毒，鎳鎘高容量可再充式電池因廢電池處理復(fù)雜已處于被淘汰的階段。因此金屬氫化物鎳氫電池發(fā)展迅速，基本化學(xué)過程是：如以儲氫材料作電極材料，則放電時從儲氫材科中放出氫，充電時則反之，對于TiCrVNi、TiNi等最高儲氫量可達(dá)260cm3/g的材料、放電量可比鎳鎘電池高1.8倍，可充放電1000次以上。這類電池在宇航、手提式電子計算機、移動電話、電動汽車等行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。負(fù)極合金上的電極反應(yīng)機理吸氫電極反應(yīng)的機理吸氫電極的氫化反應(yīng)過程可歸納為以下步驟：（1）水通過對流或擴散，液相傳質(zhì)到電極的固－液界面。（2）電極表面電子轉(zhuǎn)移。（3）吸附的氫轉(zhuǎn)化為吸收的氫。（4）形成氫化物。主要采用的材料：稀土類AB5型，AB2型。氫化物電極的儲氫合金必須滿足的要求：（1）在堿性電解溶液中良好的化學(xué)穩(wěn)定性；（2）高的陰極儲氫容量；（3）合適的室溫平臺壓力；（4）良好的電催化活性和抗陰極氧化能力；（5）良好的電極反應(yīng)動力學(xué)特征。8.溫度傳感器、控制器儲氫材料的氫平衡壓隨溫度升高而升高的效應(yīng)可以用作溫度計。從儲氫材料的p-T曲線找到p與T的對應(yīng)關(guān)系，將小型儲氫器上的壓力表盤改為溫度指示盤、經(jīng)校正后即可制成溫度指示器，這種溫度計體積小，不怕震動，而且還可以通過毛細(xì)管在較遠(yuǎn)的距離上精確測定溫度。這種溫度計已廣泛用于各種飛機。儲氫材料的溫度壓力效應(yīng)還可以用作機器人動力系統(tǒng)的激發(fā)器、控制器和動力源、其特點是沒有旋轉(zhuǎn)式傳動部件，因此反應(yīng)靈敏、便于護(hù)制、反彈和振動小，還可用于抑制溫度的各種開關(guān)裝置。此外，金屬氫化物儲氫材料還可以用作吸氣劑，絕熱采油管，微型壓縮致冷器等。

30kg汽油500km10kg氫(內(nèi)燃機)5kg氫(燃料電池)車載儲氫的要求：

1-10bar0-100℃△H=15~24KJ?mol-1?H.9.氫能源汽車企業(yè)型號最高時速行程氫源通用氫動一號140km/h400km液氫德國寶馬內(nèi)燃機引擎，140L的液氫儲罐1000km以上液氫馬自達(dá)DEM10-FCEV140km/h170km儲氫合金能源變換設(shè)備公司-482km鎂基合金豐