钛基催化剂改性钠-镁双金属复合储氢材料的储氢和储热性能研究
发布时间：2021-11-07 14:23
典型的钙钛矿型钠镁基二元金属氢化物NaMgH3,由于其高容量、热化学稳定、吸放氢反应可逆性好、原料易获取和低成本,在当前众多的储氢材料中脱颖而出,成为储氢和储热应用领域最具前景的储能介质之一。不足的是,若作为储氢材料,NaMgH3的吸放氢起始温度和峰值温度均偏高、吸放氢动力学性能缓慢且循环稳定性不佳。而作为储热材料,NaMgH3同样面临着吸放氢动力学性能缓慢和循环稳定性不佳的问题。因此针对该体系的不足,本论文以钠镁基二元金属氢化物为研究对象,利用钛基过渡金属催化剂对NaMgH3的吸放氢动力学性能和循环稳定性进行催化掺杂改性并探究体系吸放氢动力学性能变化,进而实现了动力学和循环性能的显著提升。同时,利用材料微观结构分析方法,对基于钛基过渡金属催化剂改性NaMgH3的作用机理进行了完整的阐释。在最佳的催化掺杂改性复合体系的基础上,初步构建出储热装置模型并在一定程度上展现了其在储热领域的实际应用。首先,利用水热法制备了纳米级二氧化钛管（TiO2 NT）,并与商用...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢在未来能源系统中的设想作用、应用与生产途径[7]
浙江大学硕士学位论文4表1.1美国能源部对于车载燃料电池系统的技术要求[19-23]。Table1.1OverviewofsomeselectedpartsoftheU.S.DOEtechnicalrequirementsforonboardhydrogenstorageforlight-dutyfuelcellvehicles[19-23].储氢参数单位20202025最终储氢容量质量密度材料kWh/kg1.51.82.2系统kgH2/kg0.0450.0550.065体积密度材料kWh/L1.01.31.7系统kgH2/L0.0300.0400.050耐久性和可操作性工作环境温度°C-40/60-40/60-40/60最大工作温度°C-40-40-40最小工作温度°C808080循环寿命cycles150015001500最小工作压力bar555最大工作压力bar121212燃料纯度%99.9799.9799.97储氢系统成本$/kWh1098燃料成本$/kg333300266图1.2常见燃料和常用材料的质量（MJ/kg）和体积（MJ/L）能量密度的比较[25]。Fig.1.2Comparisonofenergydensitiesbyweight(MJ/kg)andbyvolume(MJ/L)forcommonfuelsandmaterials[25].
到车载燃料需求，则应利用高压或低温进行储存。低温储存显然是不符合应用实际的，因此车载燃料电池系统通常利用高压进行储氢。当前商业化应用的高压储氢罐的工作压力为35-70MPa。但是，通过体积压缩进行高压气态储氢会导致发生11-13%的系统能量损失并且高压易使氢气的泄露而造成安全隐患[29]。传统高压气态储氢罐体由钢或铝制成，质量较大而严重降低系统的质量能量密度，且安全性较低。而近年来，一种以碳纤维复合材料为原料的高压储氢罐体被研发出来。其工作氢压可以达到70MPa并且由于轻质其质量储氢容量可达6.0wt.%H2（图1.3）[30]。同时，罐体强度和抗冲击性相较传统高压储氢罐均大大的增强，为行车过程的安全性提供了保证。但这种轻质高效的碳纤维复合材料储氢罐的价格远远高于传统罐体材料，导致其难以进行商业化应用[26,31,32]。图1.3（a）用于氢燃料电池车辆的复合高压储氢罐和（b）碳纤维复合绕组的示意图[30]。Fig.1.3(a)Thecompositehigh-pressurehydrogenstoragetanksforhydrogenfuelcellvehicles.(b)Theschematicdiagramsofcarbonfibercompositewinding[30].低温液态储氢是另一种氢气的物理储存方式并且液态储氢拥有更高的储氢密度。在-253°C（沸点）时液态储氢密度约为71.0g/L，是15°C时加压至70MPa的气态储氢密度的1.8倍。并且由于氢气的密度很低，需要极低的温度来冷却气态氢气获得液态氢气。而这个冷却过程却需要消耗相当于制备而成的液态氢气总能量的30%[33,34]。可见，液态储氢对于温度的要求是十分严格的。因此配备
【参考文献】：
期刊论文
[1]中美氢能产业发展现状与思考[J]. 曹勇. 石油石化绿色低碳. 2019(06)
[2]氢能发展在能源清洁低碳转型中的作用[J]. 马璐瑶,尹晨旭,吴琦,吴青. 中国电力企业管理. 2019(34)
[3]Dehydrogenation characteristics of LiAlH4 improved by in-situ formed catalysts[J]. Jiaxing Cai,Lei Zang,Lipeng Zhao,Jian Liu,Yijing Wang. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
本文编号：3482011
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢在未来能源系统中的设想作用、应用与生产途径[7]
浙江大学硕士学位论文4表1.1美国能源部对于车载燃料电池系统的技术要求[19-23]。Table1.1OverviewofsomeselectedpartsoftheU.S.DOEtechnicalrequirementsforonboardhydrogenstorageforlight-dutyfuelcellvehicles[19-23].储氢参数单位20202025最终储氢容量质量密度材料kWh/kg1.51.82.2系统kgH2/kg0.0450.0550.065体积密度材料kWh/L1.01.31.7系统kgH2/L0.0300.0400.050耐久性和可操作性工作环境温度°C-40/60-40/60-40/60最大工作温度°C-40-40-40最小工作温度°C808080循环寿命cycles150015001500最小工作压力bar555最大工作压力bar121212燃料纯度%99.9799.9799.97储氢系统成本$/kWh1098燃料成本$/kg333300266图1.2常见燃料和常用材料的质量（MJ/kg）和体积（MJ/L）能量密度的比较[25]。Fig.1.2Comparisonofenergydensitiesbyweight(MJ/kg)andbyvolume(MJ/L)forcommonfuelsandmaterials[25].
到车载燃料需求，则应利用高压或低温进行储存。低温储存显然是不符合应用实际的，因此车载燃料电池系统通常利用高压进行储氢。当前商业化应用的高压储氢罐的工作压力为35-70MPa。但是，通过体积压缩进行高压气态储氢会导致发生11-13%的系统能量损失并且高压易使氢气的泄露而造成安全隐患[29]。传统高压气态储氢罐体由钢或铝制成，质量较大而严重降低系统的质量能量密度，且安全性较低。而近年来，一种以碳纤维复合材料为原料的高压储氢罐体被研发出来。其工作氢压可以达到70MPa并且由于轻质其质量储氢容量可达6.0wt.%H2（图1.3）[30]。同时，罐体强度和抗冲击性相较传统高压储氢罐均大大的增强，为行车过程的安全性提供了保证。但这种轻质高效的碳纤维复合材料储氢罐的价格远远高于传统罐体材料，导致其难以进行商业化应用[26,31,32]。图1.3（a）用于氢燃料电池车辆的复合高压储氢罐和（b）碳纤维复合绕组的示意图[30]。Fig.1.3(a)Thecompositehigh-pressurehydrogenstoragetanksforhydrogenfuelcellvehicles.(b)Theschematicdiagramsofcarbonfibercompositewinding[30].低温液态储氢是另一种氢气的物理储存方式并且液态储氢拥有更高的储氢密度。在-253°C（沸点）时液态储氢密度约为71.0g/L，是15°C时加压至70MPa的气态储氢密度的1.8倍。并且由于氢气的密度很低，需要极低的温度来冷却气态氢气获得液态氢气。而这个冷却过程却需要消耗相当于制备而成的液态氢气总能量的30%[33,34]。可见，液态储氢对于温度的要求是十分严格的。因此配备
【参考文献】：
期刊论文
[1]中美氢能产业发展现状与思考[J]. 曹勇. 石油石化绿色低碳. 2019(06)
[2]氢能发展在能源清洁低碳转型中的作用[J]. 马璐瑶,尹晨旭,吴琦,吴青. 中国电力企业管理. 2019(34)
[3]Dehydrogenation characteristics of LiAlH4 improved by in-situ formed catalysts[J]. Jiaxing Cai,Lei Zang,Lipeng Zhao,Jian Liu,Yijing Wang. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
本文编号：3482011
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