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活性炭材料儲(chǔ)氫機(jī)理的研究

發(fā)布時(shí)間:2020-05-14點(diǎn)擊:次

氫氣在活性炭上的吸附是一種物理過程;钚蕴渴嵌嗫滋康拇,具有各種各樣的形態(tài)如粉末狀、顆粒狀、纖維狀等。活性炭通常作為儲(chǔ)能材料的優(yōu)良吸附劑,在儲(chǔ)氫技術(shù)上應(yīng)用廣泛。下面,我們就各種方法的儲(chǔ)氫機(jī)理,對比下活性炭材料儲(chǔ)氫機(jī)理等各項(xiàng)研究來做一詳細(xì)論述。

活性炭材料儲(chǔ)氫機(jī)理的研究

一、碳納米管的儲(chǔ)氫機(jī)理

碳納米管儲(chǔ)氫機(jī)理研究主要包括氫氣在碳納米管內(nèi)的吸附性質(zhì)、氫在碳納米管中的存在狀態(tài)、表面勢和碳納米管直徑對儲(chǔ)氫相對密度的影響。氫氣在常溫下的吸附溫度和壓強(qiáng)都遠(yuǎn)高于氫氣的臨界溫度和臨界壓力,是一種超臨界狀態(tài)的吸附。

根據(jù)吸附勢理論,在納米孔中由于分子力場的相互疊加形成寬而深的勢阱,即使壓力非常低,吸附質(zhì)氫氣分子也很容易進(jìn)入勢阱中,并以分子簇的形式存在,在強(qiáng)大的分子場的作用下,吸附態(tài)氫氣的性質(zhì)已與本體大不相同。

經(jīng)有關(guān)人士科學(xué)驗(yàn)證,碳納米管由于管徑小導(dǎo)致量子效應(yīng),管間隙的儲(chǔ)氫量很少。

活性炭材料儲(chǔ)氫機(jī)理的研究

二、碳納米纖維的儲(chǔ)氫機(jī)理

碳納米纖維具有高儲(chǔ)氫密度的原因可能是:碳納米纖維具有很高的比表面積,大量的氫氣被吸附在碳納米纖維表面,并為氫氣進(jìn)入碳納米纖維提供了主要通道;碳納米纖維的層間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氫氣分子的動(dòng)力學(xué)直徑(0.289nm),大量的氫氣可進(jìn)入碳納米纖維的層面之間;碳納米纖維有中空管,可以像碳納米管一樣具有毛細(xì)作用,氫氣可凝結(jié)在中空管中,從而使碳納米纖維具有高儲(chǔ)氫能力。

三、高比表面積活性炭的儲(chǔ)氫機(jī)理

高比表面積活性炭儲(chǔ)氫是利用活性炭巨大的表面積與氫分子之間的范德華作用力來實(shí)現(xiàn),是典型的超臨界氣體吸附。活性炭對氫氣的吸附量與活性炭的表面積成正比;另一方面氫氣的吸附量隨著溫度的升高而呈指數(shù)規(guī)律降低。

綜上所述,儲(chǔ)氫用碳納米材料的制備工藝復(fù)雜,實(shí)驗(yàn)所用樣品量少,受溫度和壓強(qiáng)等實(shí)驗(yàn)條件的影響重復(fù)性差,所得結(jié)論差別甚大,而高比表面積的活性炭相對來說更有優(yōu)勢。近十幾年來,國內(nèi)外投入巨額資金開展研究,但尚沒有取得人們所期望的結(jié)果,且存在生產(chǎn)成本高、吸氫速率慢等缺點(diǎn)。目前,活性炭材料儲(chǔ)氫技術(shù)還算是比較成熟有效的。

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