国仪助力“双碳减排”之-储氢材料的表征

氢能因其可再生，易获得，热值高，无污染等诸多优良特性，被视为未来清洁能源的重要来源。目前，储运是氢能发展的关键技术点，低温液化和高压存储因安全，经济等因素无法大面积推广。

固态储氢是利用固体材料对氢气的物理吸附和化学反应作用，将氢能储存在固体中，是一个兼具安全，高效和高密度的储运方案，得到众多材料研究者的青睐，国仪精测作为储氢材料性能评价设备的供应商，深切感受到了行业的蓬勃发展。

储氢材料的性能表征主要包括热力学性能和动力学性能，PCT曲线是热力学性能的主要表征手段，可以体现储氢材料的吸放氢量，吸放氢压力，滞后特性等。

以下列两组PCT曲线为例：

图1 

图2

图1为稀土合金LaNi5的PCT曲线，LaNi5理论上是一个晶胞中最多储存8个氢原子，但一般认为实际储存数量不大于6个；当储存数量为6个时，理论吸氢量为1.37%，与实验结果相符；图示LaNi5有明显的滞后效应，一般认为是氢原子的半径大于La Ni原子构成的多面间隙半径所造成，吸氢后引起多面体畸变，因此循环退化严重，易于粉化；LaNi5是发现较早的储氢材料，且因其吸放氢速率快，压力较低，而得到了广泛的研究。

图2为镁基储氢材料的一种，相比图1，吸放氢平台压力低且恒定，最大吸氢量高，无滞后效应，因此镁基储氢材料在近些年达到了快速的发展。

循环实验是表征储氢材料耐用性的方式，以下为部分测试结果：

图3

 图4

PCT曲线可以以时间为横坐标，吸附量为纵坐标，从动力学角度评价材料的吸放氢速率，我们可以从单点的吸放氢速率以及整个实验过程的吸放氢时间评判材料的经济价值。

图5（a）

图5（b）

图6（a）

图6（b）

图5（a）和图5（b）为某镧镍铝合金材料的吸脱附速率图，该材料每个吸附点均能快速达到平衡，但整体吸附时间长；图6（a）和6（b）为某无机多孔储氢材料吸脱附速率图，虽在吸附阶段速率较慢，难以平衡，但在脱附实验中，可以快速脱附；

最后我们介绍TPD脱附实验，在储氢材料评价中的应用

图7        

图8

TPD曲线可以直观反应材料的脱附温度和活性点位的数量；但在实际工作中，常因到达脱附温度时，脱附量瞬间增大，但因仪器内部空间受限而无法完成脱附的困难，常用的解决方案是，在基体腔外延大腔体，以达到短时间内大量气体的释放。

注：以上所有图谱均由国仪精测自主研发高温高压吸附仪V-Sorb 2600 PCT测试完成。

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