【正文】 其儲存和運輸都很安全方便。 釋氫 ， 70℃ ， 吸氫 ， 35℃ ， OHH C O 22 ??23 HH C O??20 有機液體氫化物儲氫 ? 借助儲氫載體 (如苯和甲苯等 )與 H2的可逆反應(yīng)來實現(xiàn) ，包括催化加氫反應(yīng)和催化脫氫反應(yīng) 。 ? 利用 碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉(zhuǎn)化 ， 吸氫和放氫反應(yīng)為： ? 以活性炭作載體，在 Pd或 PdO的催化作用下，以KHCO3或 NaHCO3作為儲氫劑，儲氫量約為 2％ (質(zhì)量分數(shù) )。單層碳納米管的吸氫量比活性炭高 ， H2的吸附量可達 5％ 10％ (質(zhì)量分數(shù) )， 有望成為新一代儲氫材料 。活性炭 原料易得 ， 吸附儲氫和放氫操作都比較簡單 。 ? 為解決氫的儲存和運輸問題 ， 人們研發(fā)了相應(yīng)的儲氫材料 ， 主要包括 活性炭 、 無機化合物 、 有機化合物以及合金化合物四大類儲氫材料 。 ? 氫密度很小 ， 單位重量體積很大 。 ? 氫能的開發(fā)利用已成為世界特別關(guān)注的科技領(lǐng)域 。 內(nèi)蒙古四王子旗太陽能電池光伏電站 太陽能熱水器 14 新能源的應(yīng)用 15 儲氫材料 16 ? 氫能是人類未來的理想能源 。 ? 試飛成功標志著 我國已具備研發(fā)生產(chǎn)航空生物燃料的技術(shù)能力 ，這對于促進生物燃料應(yīng)用，應(yīng)對氣候變化、解決能源問題具有重要意義。 ? 麻風(fēng)樹是世界上公認的生物能源樹， 其果實可全部用來煉取生物柴油 ，而且在 “ 碳匯交易 ” 市場上具有巨大潛力， 麻風(fēng)樹種植 麻風(fēng)樹果實 小桐子 11 ? 2023年 11月，從 小桐子中提煉出的生物航空燃料 應(yīng)用于波音 747客機在首都機場首次驗證試飛成功。 ? 發(fā)展新能源材料是解決能源危機的根本途徑 。 ? 新能源與新能源材料 是兩大技術(shù)的重要組成部分 。 ?盡管在新能源領(lǐng)域有了大規(guī)模的增長， 但風(fēng)力發(fā)電量只占據(jù)中國電力消耗總量的 1% 。 6 ? 我國作為發(fā)展中大國， 能源消耗巨大，能源利用率不高，能源結(jié)構(gòu)也不合理。 ?已探明的 鈾 儲量約 490萬噸， 釷 儲量約 275萬噸，全球 441座核電站每年消耗 6萬多噸濃縮鈾， 僅夠使用 100年左右 。 煤炭開采 海上石油開采平臺 嚴重的生態(tài)破壞 4 ? 生態(tài)環(huán)境嚴重破壞： ? 1952年 12月，倫敦 煙霧 ； ? 酸雨； ? 河流 干涸； 5 ? 巨大的能源危機： ?已開采 800億噸石油，按現(xiàn)在的開采速度， 地球上已探明的 1770億噸 石油 儲量僅夠開采 50年 。1 第八講 新能源材料 New Energy Materials 2 主要內(nèi)容 ?新能源材料 ?儲氫材料 ?新型二次電池材料 ?燃料電池材料 ?太陽能電池材料 ?核能材料 3 ? 能源是人類社會生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ) ,是現(xiàn)代文明的三大支柱之一 。 ? 目前 ， 世界能源消耗還是以煤 、 石油 、 天然氣之類的 礦物能源 為主 ， 不但 嚴重破壞生態(tài)環(huán)境 ， 而且礦物能源不可再生 ， 能源枯竭 已成為共識 。 ?已探明的 173萬億立方米 天然氣 僅夠開采 63年 ； ?已探明的 9827億噸 煤炭 還可用 300年到 400 年 。 ?世界各國 水能 開發(fā)也已近飽和， 風(fēng)能、太陽能 尚無法滿足人類龐大的需求。 ?2023年， 中國風(fēng)力發(fā)電量達到了 ，超過了德國的 ，僅次于美國 35億瓦； ?2023年，中國將投入足以實現(xiàn)年發(fā)電量 150億瓦的風(fēng)力渦輪機， 成為世界最大的風(fēng)能生產(chǎn)國 。 7 ? 為緩解和解決能源危機 ， 科學(xué)家提出 資源與能源最充分利用技術(shù) 和 環(huán)境最小負擔(dān)技術(shù) 。 ? 新能源的發(fā)展必須靠利用 新的原理來發(fā)展新的能源系統(tǒng) ， 同時還必須靠 新材料的開發(fā)與利用才能使新系統(tǒng)得以實現(xiàn) ， 并提高其利用效率 ， 降低成本 。 8 新能源材料 9 ? 新能源包括 ? 太陽能 ? 生物質(zhì)能 ? 核能 ? 風(fēng)能 ? 地?zé)? ? 海洋能 ? 氫能 太陽能 氫能 風(fēng)能 潮汐能 地?zé)? 核能 10 ? 2023年 ，世界第八大石油公司巴西石油公司旗下的生物能源公司代表來到成都，與四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院洽談，希望能將 四川的麻風(fēng)樹 引進到巴西種植。 ? 本次試飛由國航、中石油、美國波音公司和霍尼韋爾公司合作完成， 我校陳放教授 應(yīng)邀參加。 12 ? 新能源材料 是指 能實現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用 以及發(fā)展新能源技術(shù)所需的關(guān)鍵材料 ， 主要包括： ? 儲氫合金為代表的儲氫材料 ? 鋰離子電池為代表的二次電池材料 ? 質(zhì)子交換膜電池為代表的燃料電池材料 ? 硅半導(dǎo)體為代表的太陽能電池材料 ? 鈾 、 氘 、 氚為代表的反應(yīng)堆核能材料 ? 13 主要特點 ?新能源材料能把原來使用的能源轉(zhuǎn)變成新能源 ； ?新能源材料可提高貯能效率 ， 有效進行能量轉(zhuǎn)換 ； ?新能源材料可以增加能源利用的新途徑 。 ?氫能熱值高 ， 如燃燒 1kg氫可發(fā)熱 105kJ， 相當于 3kg汽油或 ； ?資源豐富 ， 地球表面有豐富的水資源 ， 水中含氫量達到％ ； ?干凈 、 清潔 ， 燃燒后生成水 ， 不產(chǎn)生二次污染； ?應(yīng)用范圍廣 ， 適應(yīng)性強 ， 可作為燃料電池發(fā)電 ， 也可用于氫能汽車 、 化學(xué)熱泵等 。 17 ? 氫能利用關(guān)鍵是高密度安全儲存和運輸技術(shù) 。 目前市售氫氣一般是在 150個大氣壓下儲存在鋼瓶內(nèi) ， 氫氣重量不到鋼瓶重量的 1/100， 且有爆炸危險 ， 很不方便 。 常用高壓氫氣瓶 18 活性炭儲氫 ? 活性炭比表面積可達 2023m2/g以上 ， 低溫加壓可吸附儲氫 。 ? 富勒烯 (C60)和碳納米管 (CNT)對氫氣具有較強的吸附作用 。 富勒烯 C60 碳納迷管 19 無機化合物儲氫 ? 某些無機化合物和氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可儲氫 ， 然后在一定條件下分解可放氫 。 ? 該法優(yōu)點是原料易得、儲存方便、安全性好，但儲氫量比較小，催化劑價格較貴。 ? 該法儲氫量大， 環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的理論儲氫量分別為 ％和 ％ (質(zhì)量分數(shù) )，比高壓儲氫和金屬氫化物儲氫的實際量都大。 ? 催化加氫和催化脫氫裝置和投資費用較大，儲氫操作比較復(fù)雜。 ? 氫原子容易進入金屬晶格的四面體或八面體間隙 ，形成金屬氫化物 ， 如 TiH2 、 、 、 LaNi5H、 。 0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 54 . 2 w t %C a r b o n n a n o t u b e( R T , 1 0 M P a 氫壓)3 . 6 w t %1 . 8 w t %1 . 4 w t %H y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y ( w t % ) L a N i5H6 T i F e H1 . 9 M g2N i H4 H y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y ( w t % ) p e r w e i g h t儲氫合金的儲氫量比較 23 ? 儲氫合金材料達到實用目的 ， 必須滿足下列要求： ?儲氫量大 ， 能量密度高 ； ?吸氫和放氫速度快 ； ?氫化物生成熱小 ； ?分解壓適中 ： ?容易活化 ； ?化學(xué)穩(wěn)定性好 ； ?在儲運中安全 、 無害 ； ?原料來源廣 、 成本價廉 。 ? 大多數(shù)金屬氫化物儲氫量在 1％ 4％ (質(zhì)量分數(shù) )、能量密度高 ， 所需費用明顯低于深冷液化儲氣和高壓儲氫 ， 原料易得 ， 安全可靠 。 我國生產(chǎn)的稀土儲氫合金 25 稀土系儲氫合金 ? LaNi5是稀土系儲氫合金的典型代表 ， 由荷蘭 Philip實驗室于 1969年首先研制 。 6525 HLa N i3Ha N iL ??26 ? LaNi5成本高，大規(guī)模應(yīng)用受限，因此發(fā)展 置換 La和Ni的 多元合金： LaNi5xMx(M＝ Al、 Mn、 Cr、 Fe、Co、 Cu等 )和 (R＝ Y、 Gd、 Nd、 Th等 )。 27 2023年， 西博