生物高分子材料

生物高分子材料

生物高分子材料又稱貯氫材料。某些過渡金屬、合金或金屬互化物在一定的溫度和壓力條件下能大量吸收或釋放氫氣,可作為生物高分子材料。

簡介

品 名:儲氫材料

最有希望獲實際套用的是LaNi5和FeTi,形成固體氫化物LaNi5H6和FeTiH1.95後,單位體積的儲氫量可達88和101.2千克/米3,高於液氫的70.6千克/米3。一般是本身重量的1.3%~1.7%,相當於本身體積的1000倍以上(金屬鈀Pd吸氫能高達本身體積2800倍,但因物稀價昂,一般只用於制超純氫而不用作儲氫材料)。若解決了氫的儲存和運輸困難,則氫將是一種理想的、無污染的燃料。可用於運載工具和燃料電池等方面。因儲氫材料在吸氫和放氫時有熱效應和能量交換,這類材料也能儲存熱能或其他能量,所以也稱為儲能材料(energy storage materials)或能量轉換材料(energy conversion materials)。  

要求

根據上述原理,通常可用降低溫度促使金屬氫化物的生成,再用加熱便氫化物析氫儲存並使用氫能。

理論上只要能有上述可逆反應的金屬或合金者可作儲氫材料,但在實用上,該類材料必須滿足下列要求:(1)材料活性大,吸附氫量大並易於獲得,價格低廉;

(2)材料用於吸附氫時,標準生成熔要小,用來儲熱時 要大;

(3)材料吸氫-解析的速率要大;氫的平衡壓差要小;

(4)在使用過程中,材料破碎和粉化率低,力學性能不能有明顯的降低。

目前的正在研究或接近實用的儲氫材料有:Mg2Cu、TiFe、TiMn、TiCr2、LaNi5、ZrMn2和含稀土金屬(La、Ce)的Ni、Zr、Al或Cr-Mn組成的多元合金。最近研製的Re –Nb-Zr-Al四元儲氫合金,幾乎可完全滿足上述條件且不受氫氣純度的影響。

套用

儲氫材料既可作為氫的輸送介質,還有一系列其它的用途,如作能量轉換介質,分離氫,精製和分離氫的同位素,催化劑和敏感元件等。下面舉出幾個典型的套用實例。

氫製冷取暖設備

利用儲氫材料在吸(放)氫時放(吸)熱的特點,可制儲藏能源的冷暖設備—化學熱源泵,它熱損失小並可由回收廢熱變成品質較高的熱。化學熱泵由兩種不同的儲氫材料製成的儲氣罐,以帶開關的閥門相連。開啟閥門時低溫形成氫化物的高壓罐A將釋放氫,並為高溫形成氫化物的低壓罐B吸收而放出大量的熱,可供取暖之用。B罐則可用廉價的熱能加熱,使釋放的氫為A罐吸收、儲存。加熱B罐的熱能,可以是夜間用電低谷的廉價電力,也可是工業用餘熱、廢熱和太陽能等。因此,儲氫合金可製成`利用廢熱、餘熱和廉價能源和節能裝置。如要製冷,則可用儲氫材料吸熱而達到降溫的目的。

氫的分離精製

LaNi5等儲氫合金對氫的選擇吸收性極大,故可進行氫的分離精製。例如,將Ar、N2、CO2、CO、CH4和H2的混合氣體與LaNi5、MnNi5多元素合金在加壓下反應,氫被選擇吸收,再加熱使之解吸,便可獲得精製的高純氫氣。利用上述材料1000L精製氫的純度在99.9999%,產量是500ml/min。

此外,儲氫材料還可進行能量變換驅動機器;在氫-空氣燃料電池中得到套用;還可作合成氫的催化劑和進氫的分離和回收,等等。總之,儲氫材料的套用領域是十分廣闊的,且有不斷擴大之勢。

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