储氢材料

参见 《知识经济卷》 中 “储氢材料”。

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储氢材料

氢气是一种十分理想的新能源，不仅在燃烧电池发电方面进入实质性阶段，代替汽油作车辆燃料的愿望也已变成现实。继前联邦德国奔驰汽车公司之后，日本也研制成功一种 “燃氢汽车”。这种汽车的车长4.7米，车高1.9米，可乘6人。在筑波科学城的试车表明车速可以超过100公里/时。燃氢汽车以氢气为动力燃料，不消耗汽油，自然也就没有油箱，代替油箱的是一种能吸藏氢气的合金——储氢材料。
储氢材料是易于形成金属氧化物的合金。上述前联邦德国奔驰汽车公司研究的燃氢汽车用的是铁钛合金、日本新制成的燃氢汽车用的是镧镍合金。此外还有镁镍合金、钛锰合金等都有储氢功能。它们的共同特点，是一旦受到冷却或增加氢气的压力，就能吸附氢气变成金属氢化物，氢原子藏在金属原子晶格的间隙里。反之，将合金材料加热或降低氢气的压力，便会氢气放出来。吸氢放氢是一个可逆过程，同时又伴随着热量的放出和吸收。这个可逆的过程可用下列方程式来表示：

式中： H₂为氢气
　M为金属
　MH_x为金属氢化物
　S为固体
　g为气体
　P为压力
　SH为反应热
这个方程式清楚地表明了氢气的化学能、氢气平衡压力表明的机械能、反应热三者之间的储存与相互转换关系。
有关氢能源的研究中，当前面临三大课题： 氢气的产生、储存与运输、利用。开发储氢材料正是解决储存运输问题的有效途径。目前是使用笨重的氢气瓶或在一253℃的超低温下将氢液化。但是，用氢气瓶有爆炸危险，将液化氢储运不仅需要专用设备，还得消耗大量能源。对比之下，利用储氢合金既安全又经济。况且储氢合金的储氢能力相当可观。
金属氢化物储氢材料的一个特点是放出氢气的纯度比吸藏前高，也就是说有一定的净化功能，可作为氢氧燃料电池最理想的氢气源； 另一个缺点是吸氢放氢伴随着热效应，简而言之，吸氢放热； 吸热放氢，是可逆过程。这便可以通过调节氢气的压力来控制温度。基于这一特点，美、日等国正在试制利用储氢材料贮存太阳能的装置。下图是用铁钛合金储氢材料贮存太阳能的原理图。白天，由太阳光集热器吸收的热量传入地下保温层，保温层中的储氢材料吸热放氢，即下列化学平衡2FeTih+热⇌2FeTi+H2向右移动。 在80℃环境下解离出的氢气平衡压为5个大气压，入出的氢气输入高压氢室贮存。到了夜晚，保温层温度下降，可调节氢室的阀门保持适当压力来使储氢材料吸氢，同时放热。即上述化学平衡向左移动。利用4个大气压的氢气就能把水加热到40℃；或用来采暖或供热水。这便构成一个能长期循环使用的太阳能贮热系统。是建造阳房时利用化学能贮热的一个很好的设计思想。
此外，储氢材料还可用在化学压缩机、氢气打火机、热泵、氢的同位素分离等许多方面。随着制氢新技术的发展，对储氢材料的需求势必越来越迫切。