金属氢化物储氢

氢与氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给金属氢化物时，它就分解为氢化金属并放出氢气。反之氢和氢化金属构成氢化物时，氢就以固态结合的形式储于其中。金属氢化物储氢就是用储氢合金与氢气反应生成可逆金属氢化物来储存氢气。通俗地说，即利用金属氢化物的特性，调节温度和压力，分解并放出氢气后本身又还原到原来合金的原理。金属是固体，密度较大，在一定的温度和压力的内部，而金属就像海绵吸水那样能吸取大量的氢。需要使用氢时，氢被从金属中“挤”出来。利用金属氢化物的形式储存氢气，比压缩氢气和液化氢气两种方法方便得多。需要用氢时，加热金属氢化物即可放出氢。储氢合金的分类方式有很多种；按储氢合金材料的主要金属元素区分，可分为稀土系、镁系、铪系、钙系等；按组成储氢合金金属成分的数目区分，可分为二元系、三元系和多元系；如果把构成储氢合金的金属分为吸氢类用A表示，不吸氢类用B表示，可将储氢合金分为AB5型、AB2型、AB型、A2B型。合金的性能与A和B的组合关系有关。

稀土系（AB5）储氢合金材料储氢反应速度快、储氢能力强、寿命长、吸收氢速度快、滞后效应和反应热效应小、平台压力低而平直、活化容易，可以实现迅速安全地储存，是具有良好开发前景的储氢金属材料。该体系以LaNi5、Ce－Co5等为代表。LaNi5是较早开发的稀土储氢合金，在25℃和0.2 MPa压力下，储氢量约为1.4（质量分数），具有活化容易、分解氢压适中、吸放氢平衡压差小、动力学性能优良、不易中毒的优点，但存在吸氢后会发生晶格膨胀、合金易粉碎等缺点。为了改善合金的储氢性能、降低成本，采用混合稀土（La、Ce、Nd、Pr等）取代LaNi5中的La或者其他金属全部或部分置换Ni，可降低稀土合金的成本，提高储氢能力。

镁系（A2B）储氢合金材料成本低而吸氢量是储氢合金中最大的一种，以Mg2Ni、MgCa、La2Mg1.7为代表的镁系（A2B）储氢合金是较弱的盐型化合物，兼有离子键和金属键的特征，在不太高的温度下氢可以脱出，可逆吸放氢量高达7.6%（Mg H2含氢量为7.6%），是一种很有前途的储氢合金。但是该体系的吸氢动力学性能较差，氢气化学吸附与氢原子向体内扩散的速度很低，还不能达到实用化程度。通过合金化可改善镁氢化合物的热力学和动力学特性。

锆系（AB2）储氢合金的代表通式是Zr Mn1－xFe1－y，其中较为实用的有：Zr Mn1.22Fe1.11、Zr Mn1.53Fe1.27和Zr Mn1.11Fe1.22。该合金具有动力学速度快、易于活化、吸放氢量大、热效应小（比LaNi5及其他材料小2～3倍）等特点，室温下氢压力在0.1～0.2 MPa。在锆系合金中，如果用Ti代替部分Zr，用Fe、Co、Ni等代替部分V、Cr、Mn等制成多元锆系储氢合金，性能更优，这些材料可在稍高于室温的温度下进行活化。当T≥100℃时，氢几乎可全部脱出。此外，由于该材料理论电化学容量高（800 m A/g），被称为“第二代MH/Ni电池电极材料”。

钛系（AB型）储氢合金最大的优点是放氢温度低（可在－30℃时放氢），缺点是不易活化、易中毒、滞后现象比较严重。该体系以TiFe为代表。为了提高钛铁合金的活化性能，实现钛铁合金的常温活化而具备更高的实用价值，用镍等金属部分取代铁形成三元合金，则可以降低滞后效应和达到平台压力要求，且储氢量可达1.8%～3.4%。当氢纯度在99.5%以上时，其循环使用寿命可达26 000次以上。如果用锌置换钛铁合金中的部分钛，用Cr、Ba、Co、Ni等置换部分Fe，能得到多种滞后现象小、储氢性能优良的钛铁系多元合金。