什么是贮氢材料?

[拼音]：zhuqing cailiao

[外文]：hydrogen storage materials

在一定的温度和氢气压力下，能多次吸收、贮存和释放氢的材料，是20世纪60年代末期发展起来的功能材料。贮氢材料由易与氢起作用的金属、合金，主要由金属间化合物（见中间相）制成。有些金属间化合物贮氢材料（俗称氢海绵）的贮氢量比液态氢还大，几种贮氢物的贮氢能力(每立方厘米中的氢原子数×10²²)为：

贮氢材料因在吸氢和放氢过程中有热效应，所以也可贮热，通过能量转换也可贮存其他能量，因而又称贮能材料（energy storage materials）或能量转换材料(energyconversion materials)。贮氢材料主要制作贮氢器，回收废氢，分离和净化氢气。贮氢材料（如金属钒、钛镍合金）在核工业中可用于分离和贮存同位素氘、氚。贮氢材料用来制作空调机、热压缩机、热泵等设备以及用来回收热能和利用太阳能等都在研究中。

贮氢材料在首次吸氢前必须进行活化以清除材料表面的杂质。通常采用抽真空或加热(100～300℃)。抽真空后，在一定的温度和氢气压力下，贮氢材料即可贮氢。元素氢一般贮存于金属间化合物的原子间隙位置中。例如钛铁金属间化合物贮氢材料是典型的体心立方氯化铯结构。氢主要贮存在其八面体间隙位置中（见图）。

具有实用价值的贮氢材料，除要求贮氢量大（一般为本身重量的1.3～1.7％）外，还要求吸氢和放氢性能好，使用性能稳定，抗毒性和重复性好，容易活化和再生，粉化率低，价格便宜等。已投入小批量生产的贮氢材料主要有镧镍金属间化合物，钛铁金属间化合物和镁镍（铜）金属间化合物。金属钯虽然有很强的吸氢性（吸收的氢气可达其本身体积的2800倍），但因价格昂贵，只用于制作透氢材料，以制取超纯氢，而未能用于贮氢。

1970年范菲赫特(J.H.N.VanVuc-ht)和克伊佩尔斯 (F.A.Kuijpers)研究了镧镍金属间化合物(LaNi₅)贮氢材料，其贮氢量为其本身重量的1.4％。它的优点为：室温下即可活化、吸氢和放氢，贮氢时要求的氢气压力低（1～5大气压），放氢时性能稳定，抗毒性好。这种材料已用于制作气相色谱分析仪和氢原子钟的氢源设备，以及各种要求安全和易于携带的氢源设备。用混合稀土 (R)代替镧可制成价格便宜的混合稀土镍(RNi₅)贮氢材料。添加铝、铁等代替部分镍可改进材料的贮氢和放氢性能。

1974年赖利(J.J.Reilly)发表了钛铁金属间化合物贮氢性能的研究成果，其贮氢量可达材料自重的1.75％。纯钛铁贮氢材料活化困难（要求氢气压力为30～50大气压，温度为300～400℃），贮氢性能易受原氢中杂气（O₂、CO、H₂O等）影响。在钛铁中加入锰等可以改善材料性能。这种钛铁贮氢材料可在室温下活化、吸氢和放氢。这类材料原料来源丰富、成本低，制成的氢燃料贮存器已在汽车等方面试用。

是最早研究的贮氢材料。1966年美国人赖利、威斯沃尔 (R.H.Wiswall)首先报道了MgCu和MgNi金属间化合物作为可逆贮氢材料的研究结果，后又研究了Mg₂Ni材料。Mg₂Ni贮氢量最大，可达6％。虽然它的吸氢要求压力为15～20大气压，较钛铁材料低，但放氢要求温度高(250～300℃)，在一般情况下难于应用，发展不快。