現(xiàn)代化學(xué)與能源(參考版)
2025-01-04 07:36本頁(yè)面
【正文】 HBLiHLiBHHxLiBHLiBHHxLiBHLiBHxx??????????Prof. A. Zuttel, Switzerland Univ Fribourg 450℃ 左右可以獲得 wt% H2 LiBH4分解制氫 244 4 HBNL iFL iBHFNH ????強(qiáng)放熱反應(yīng) 可以獲得 wt% H2 LiBH4分解制氫 233 3 HBNBHNH ??120℃ 300℃ wt% H2 不足 : NH3BH3制備成本偏高 NH3BN3分解制氫 B99N99 C186 nanotubes Atomic structure models BN納米結(jié)構(gòu)貯氫 近年來(lái)，大量的研究集中在納米碳管儲(chǔ)氫方面，主要是人們認(rèn)為納米碳管的儲(chǔ)氫容量高，理論上可達(dá) 10%。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于了解和復(fù)制水裂解化學(xué)過(guò)程具有重要意義。催化核心是由 4個(gè)錳離子、 1個(gè)鈣離子、 4個(gè)氧原子和至少 2個(gè)水分子組成的，其中 3個(gè)錳離子、 1個(gè)鈣離子和 4個(gè)氧組成一個(gè)扭曲立方體，錳離子和鈣離子通過(guò)氧原子相連接。 秘密存在于催化核心的結(jié)構(gòu)中。植物通過(guò)還原碳元素的形式將太陽(yáng)能固定下來(lái)，能否不要將太陽(yáng)能固定在碳元素中得到利用呢？人工光合作用將使這種想法成為可能，它完全拋棄了植物載體，只利用光合作用的原理，通過(guò)光裂解水分子，直接提取氫氣。 人工光合作用的研究為太陽(yáng)能制氫提供了另外一條途徑。 （ 2）電解水制氫工藝 該反應(yīng)只要對(duì)電解槽通入直流電即可進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單，效率較高 ，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了多種電解槽，如堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽等。 利用煤和生物質(zhì)等氣化制氫是將這些物質(zhì)在高溫下裂解成合成氣后進(jìn)行水氣轉(zhuǎn)換等過(guò)程，提高氫的成分，最后經(jīng)過(guò)凈化處理得到燃料氫。最后再經(jīng)過(guò)分離提純，得到可以用于交通工具的燃料。 2CH4 + O2=4H2 +2CO 加入催化劑，系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率會(huì)大大提高。 反應(yīng)產(chǎn)物合成氣被輸入到下一級(jí)水氣置換反應(yīng)器 ，經(jīng)過(guò)水氣置換反應(yīng)，將 CO轉(zhuǎn)化為 H2，提高了氫的產(chǎn)量。 氫：儲(chǔ)量大，分布廣，清潔無(wú)污染 氫能社會(huì)構(gòu)想 再生能源制氫 CO2處理 加氫站 燃料電池工廠 天然氣制氫 電廠 終端用戶 氫氣作為能源遇到的兩個(gè)問(wèn)題 （一）氫氣的制備 （１）熱化學(xué)工藝制氫 熱化學(xué)工藝主要是將碳水化合物 (煤、石油、天然氣、生物質(zhì)等 ) 輸入高溫化學(xué)反應(yīng)器 ，生成由 H CO 、 CO2 和 CH4 等組成的合成氣體 ，然后進(jìn)行重整和水氣置換反應(yīng)來(lái)提高氫的產(chǎn)量 ，最后將氫氣分離提純得到可以用做交通燃料的氫氣。 ? 能源結(jié)構(gòu)單一，過(guò)渡依賴化石能源。 (3)高度的可靠性 氫能經(jīng)濟(jì)的背景 ? 大氣中二氧化碳逐年增加，地球不斷變暖，生態(tài)環(huán)境惡化，自然災(zāi)害頻發(fā)，造成的損失逐年增加。 氫氧燃料電池原理圖 燃料電池的種類 燃料電池按照電解質(zhì)類型分為五種： 堿性燃料電池 (AFC) 磷酸型燃料電池（ PAFC） 熔融碳酸鹽型燃料電池 (MCFC) 固體氧化物型燃料電池 (SOFC) 質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 燃料電池類型 堿性燃料電池（ AFC） 磷酸型燃料電池（ PAFC） 質(zhì)子交換膜燃料電池（ PEMFC） 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 固體氧化物燃料電池(SOFC) 電解質(zhì) KOH H3PO4 全氟磺酸膜（含水的質(zhì)子交換膜） （ Li， K）CO3 氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ 陽(yáng)極 Pt電極，氫燃料 Pt電極，氫燃料 Pt電極，氫燃料 Ni催化劑，氫燃料 NiZrO2催化劑，甲烷、氫燃料 陰極 Ag電極，氧作氧化劑 Pt電極，氧作氧化劑 Pt電極，氧作氧化劑 NiO催化劑，氧燃料 NaCrO4等催化劑，氧作氧化劑 工作溫度/℃ 50～ 200 100～ 200 50~90 650～ 700 600～ 1000 導(dǎo)電離子 OH H+ H+ CO32 O2 技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài) 技術(shù)成熟 技術(shù)成熟 高度發(fā)展，接近成熟 研發(fā)階段 研發(fā)階段 發(fā)電效率/% 50～ 55 40~50 45～ 50 50～ 60 45～ 60 燃料電池的優(yōu)點(diǎn) (1)能量轉(zhuǎn)換效率高 (節(jié)省燃料資源 )。 氫在 負(fù)極 解離成 H+和電子， H+進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極，用電的負(fù)載就接在外部電路中。作為一種最接近于實(shí)用化的環(huán)保型新能源，燃料電池已經(jīng)受到了人們的廣泛關(guān)注。 鋰電池自行車 目前，商業(yè)化鋰離子二次電池的正極材料主要是 LiCoO2，負(fù)極材料主要為C，充電時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)： 正極反應(yīng)： LiCoO2＝ Li1xCoO2 + xLi+ + xe 負(fù)極反應(yīng)： C + xLi+ + xe＝ CLix 電池總反應(yīng)： LiCoO2 + C＝
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