通過(guò)固態(tài)儲存氫，一般通用的反應可描述為:

從一般金屬氫化物體系的熱力學(xué)來(lái)看，通過(guò)范霍夫（Van't Hoff）方程發(fā)現了在給定的平衡壓力下氫的釋放和吸收溫度與反應焓變之間的關(guān)系如下：

其中P(H2)和為平衡壓力和1bar的參考壓力, R為氣體常數，T為溫度。ΔHr和ΔSr是反應的焓和熵。

當平衡壓力為Peq(H2)=1.0 bar時(shí)，材料的氫釋放溫度通常被描述為T(1bar)。在這種情況下，范霍夫方程（Van't Hoff）化簡(jiǎn)為：

大多數金屬氫化物體系的Sr≈130 J/(K mol)，因為反應熵變化ΔSr主要取決于于從氫氣分子((H2(g)) = 130.7 J/(K mol))到假定熵接近于零的固態(tài)( (H2(s))≈0 J/(K mol))的狀態(tài)變化。為了在25℃的中等溫度下達到P (H2)=1 bar的平衡壓力，分解焓應為：ΔHr≈40 kJ/mol。

由于兩相共存，將達到依賴(lài)于溫度的平衡壓力。隨著(zhù)β相中氫含量的增加，在同一點(diǎn)達到飽和，壓力隨之增大。在不同溫度下進(jìn)行各種PCT實(shí)驗，可以構建PCT圖，該圖可以確定平衡壓力作為溫度的函數。這就引出創(chuàng )建范霍夫（Van't Hoff）圖，從中可以分別從直線(xiàn)的斜率和交點(diǎn)提取ΔH和ΔS，如上圖2右側所示。

使用金屬水合物可以達到更高的氫體積和重量密度，從而改善和提高性能。有多達五種金屬的合金可以實(shí)現更好的儲氫性能突破，因為其更高的熵會(huì )影響氫的釋放。

金屬氫化物是間隙型氫化物，氫占據金屬結構中的八面體和/或四面體位置，如下圖3所示。

Tetrahedral sites：四面體結構

金屬氫化物的形成導致金屬晶格膨脹達20-30 Vol%（容積比）。為了提高儲氫能力和熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能，開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型的金屬氫化物。

體心立方晶格(BCC：body-centered cubic structure)結構的金屬和合金具有比面心立方晶格(FCC：Face Center Cubic/Face-Centered Cubic)和方緊密堆積晶格(HCP：hexagonal close-packed)結構少的緊密堆積結構。在已知的金屬氫化物中，BCC合金的可逆氫容量最大，室溫下可達約 3wt %（質(zhì)量比）。

在數千次循環(huán)中形成穩定有效的鍵的能力是另一個(gè)基本條件。使用鎂基合金時(shí)，大電位氫釋放的動(dòng)力學(xué)得到改善。氫與其他元素(如硼、鋁和氮)形成共價(jià)鍵，從而能形成具有令人驚異的結構、組成和物理化學(xué)性質(zhì)的新型材料，即復雜氫化物。通常，這些材料具有較高的儲氫重量和體積密度，但很難達到可逆的氫釋放和吸收。

鋁和硼形成[AlH4]x和 [BH4]x型絡(luò )合氫化配合物。一個(gè)電子幾乎從陽(yáng)離子轉移到[AlH4]和[BH4]的陰離子上，而氫則與鋁或硼共價(jià)結合。堿、堿土和許多過(guò)渡金屬與硼、鋁形成了種類(lèi)繁多的輕質(zhì)金屬氫絡(luò )合物，其氫的重量密度比金屬氫化物大一個(gè)數量級。在絡(luò )合氫化物中，氫位于四面體的四角，而四面體的中心是硼或鋁。陰離子[BH4]-和[AlH4]-的負電荷由陽(yáng)離子(如Li或Na)補償。

總而言之，對于商業(yè)化的固態(tài)儲氫應用終端更關(guān)注能量密度、存放壓力和溫度（和使用的便捷性相關(guān)）、還有循環(huán)次數或者壽命，再有更重要的成本問(wèn)題。就如圖1所示，不同組成的氫化物分布在以重量密度和體積密度為橫縱坐標圖系的不同區域內，可以根據我們追求的目標（體積儲氫密度還是重量?jì)涿芏龋┤ミx用合適的廣義氫化物；另如圖2所示當然不同的廣義氫化物有不同的PCT和PCI曲線(xiàn)，通俗理解這些直接決定了存放氫的溫度和壓力；可逆次數或者中毒等因素引起的壽命問(wèn)題；還有材料本身的稀缺性以及易獲得性這些都是實(shí)際商業(yè)化過(guò)程中要考慮的問(wèn)題。如現狀具體來(lái)看常見(jiàn)的鎂基、鈦（鐵）基、礬基、稀土系等都存在著(zhù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，當然目前也在基于以上材料體系做著(zhù)商業(yè)化的探索。

文章來(lái)源：氫眼所見(jiàn)

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