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活性炭材料储氢机理的研究

发布时间:2020-05-14 浏览

氢气在活性炭上的吸附是一种物理过程。活性炭是多孔炭的代表,具有各种各样的形态如粉末状、颗粒状、纤维状等。活性炭通常作为储能材料的优良吸附剂,在储氢技术上应用广泛。下面,我们就各种方法的储氢机理,对比下活性炭材料储氢机理等各项研究来做一详细论述。

活性炭材料储氢机理的研究

一、碳纳米管的储氢机理

碳纳米管储氢机理研究主要包括氢气在碳纳米管内的吸附性质、氢在碳纳米管中的存在状态、表面势和碳纳米管直径对储氢相对密度的影响。氢气在常温下的吸附温度和压强都远高于氢气的临界温度和临界压力,是一种超临界状态的吸附。

根据吸附势理论,在纳米孔中由于分子力场的相互叠加形成宽而深的势阱,即使压力非常低,吸附质氢气分子也很容易进入势阱中,并以分子簇的形式存在,在强大的分子场的作用下,吸附态氢气的性质已与本体大不相同。

经有关人士科学验证,碳纳米管由于管径小导致量子效应,管间隙的储氢量很少。

活性炭材料储氢机理的研究

二、碳纳米纤维的储氢机理

碳纳米纤维具有高储氢密度的原因可能是:碳纳米纤维具有很高的比表面积,大量的氢气被吸附在碳纳米纤维表面,并为氢气进入碳纳米纤维提供了主要通道;碳纳米纤维的层间距远远大于氢气分子的动力学直径(0.289nm),大量的氢气可进入碳纳米纤维的层面之间;碳纳米纤维有中空管,可以像碳纳米管一样具有毛细作用,氢气可凝结在中空管中,从而使碳纳米纤维具有高储氢能力。

三、高比表面积活性炭的储氢机理

高比表面积活性炭储氢是利用活性炭巨大的表面积与氢分子之间的范德华作用力来实现,是典型的超临界气体吸附。活性炭对氢气的吸附量与活性炭的表面积成正比;另一方面氢气的吸附量随着温度的升高而呈指数规律降低。

综上所述,储氢用碳纳米材料的制备工艺复杂,实验所用样品量少,受温度和压强等实验条件的影响重复性差,所得结论差别甚大,而高比表面积的活性炭相对来说更有优势。近十几年来,国内外投入巨额资金开展研究,但尚没有取得人们所期望的结果,且存在生产成本高、吸氢速率慢等缺点。目前,活性炭材料储氢技术还算是比较成熟有效的。

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