储氢技术研究进展

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1、万方数据第30卷第2期2007年02月阿左亿工V01．30NQ2Feb．2007储氢技术研究进展李冬燕(南京化工职业技术学院化工系，江苏南京210048)[摘要]介绍了高压压缩储氢、深冷液化储氢、金属氢化物储氢、碳纳米管吸附储氢及有机液体氢化物储氢等几种储氢技术的发展现状，并指出储氢技术未来的发展方向。[关键词]氢能；储氢；高压压缩：深冷液化：金属氢化物[中图分类号]TQ116．2[文献标识码]A[文章编号]1003—5095(2007)02—00ll一04氢气是来源丰富、清洁的能源载体。氢的廉价制取、安全高效储存与输送及规模应用是氢能源发展研究的重点问题。

2、近20年来，氢的储存和应用已经引起了人们的极大关注㈣。氢的储存是氢能应用的关键，国内外都非常注重这项技术的研究。衡量一种氢气储运技术好坏的依据有储氢成本、储氢密度和安全性等几个方面，对于移动式或便携式氢气的应用，上述指标显得更为重要。美国能源部(DOE)提出的车载氢源目标的要求是质量和体积储氢密度分别达到6％和60kg／m3[Ⅷ。本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术，包括高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、碳纳米管吸附储氢、有机液体氢化物储氢等，比较了各种储氢材料与技术的优缺点，并指出其相关发展趋势。1储氢材料与技术1．1高压压缩储氢高

3、压储氢具有储氢容器结构简单、压缩氢气制备的能耗较少、灌装速度快等优点，已经成为氢能储运的主要方式。用于储存氢气的气瓶材料一般为钢材，耐高压，但比较重，使得储氢量仅为1％(质量分数)。普通的高压钢瓶储氢因钢瓶的自重大，储氢量少，一般只适用于氢气用量少的运输或固定场合使用。因此，现在开始采用价格较贵但质量较轻的复合材料气瓶(压力30肝a左右)，储氢量约为2％(质量分数)。这种储氢技术发展方向就是要开发质量更轻、耐压更高的气缸材料【3】。采用铝合金内胆和碳纤维树脂增强外包层的高压储氢容器已实现工业化生产，但在目前[收稿日期]2006—12—05[作者简介]李冬燕(

4、1979一)，女，助教，硕士，主要研究方向为加氢催化剂的制备与应用。技术条件下，储氢压力不超过20忡a旧。1．2深冷液化储氢液化储氢是在20K将氢气液化后储存在真空瓶里。采用液氢储存的体积能量密度比压缩储氢高5倍以上。但是，氢气的深冷液化十分困难，成本高。氢气先经过压缩机压缩，再经过换热器冷却，低温高压的氢气最后经过节流阀进行膨胀和进一步冷却，生产液态氢，储存于液化罐中，这个过程能耗大。在常温下液态氢很容易气化，液氢储存器内的温度与环境温度的温差很大，对容器的绝热要求高，对液化罐的材质和结构以及操作条件都提出了苛刻的要求。因此，目前只有少数汽车公司推出的燃料

5、电池汽车样车上采用该储氢技术，如美国通用、德国宝马等公司[I]。目前该储氢技术一般用于火箭、卫星发射等领域[L3]。1．3金属氢化物储氢氢能与许多金属或合金发生反应生成金属氢化物并释放出能量，金属氢化物受热时，又可放出氢气，利用这一可逆性实现氢的储放。当氢与储氢金属接触，就能在其表面分解为H原子，然后H原子扩散进入金属内部直到与金属发生反应生成氢化物。此时，氢就以原子态进入金属品格内形成固溶体，当氢含量超过一定限度后，金属氢化物就开始结品[5]。由于以H原子方式储存，金属氢化物的体积储氢密度较高，但是由于技术氢化物自身质量大，其质量储氢密度低。储氢材料应该具

6、有储氢量大、氢解离温度低、吸氢和氢解离速度快、质量轻成本低、化学稳定性好、使用寿命长等特点。由于单一金属氢化物的高热稳定性等问题，使金属单质作为储氢材料在实际使用中受到限制，所以包含有多种金属的合金被广泛地研究，包括过渡金属、稀土金属和碱金属。目前研究较为深入的技术氢化物体系包括四大系列：①镁系合金(A：B万方数据河北化工第2期型)，是吸氢量最大的储氢合金，但吸氢速率慢，放氢温度高：②钛铁合金(AB型)，储氢量大，价格低，可在常温、常压下释放氢；⑨稀土镧镍(AB。型)，储氢速度快，易活化，储氢密度大，成本高。它们的储氢量(质量分数)分别为：2％一7％、1．8

7、％一4％、1．5％一2％㈣。在众多的储氢材料中，镁由于成本低廉、在地壳中含量丰富以及高理论储氢容量(7．6wt％)而受到广泛关注。然而由热力学性质所决定的过高的放氢温度和缓慢的吸放氢速率阻碍了镁的储氢应用。在各种改善镁的储氢性能方法中，添加复合相并实施机械球磨是最简便有效的方法，复合相包括：过渡金属、储氢合金、金属氧化物、金属氢化物、石墨和单壁碳纳米管等【＆9]。储氢合金的储氢条件较为苛刻，放氢需要较高的温度，吸放氢动力学性能差，储氢量相对较低，但合金类储氢材料较易大规模生产，成本较低，并已开发出储氢量超过5wt％的复合系合金，因此，储氢合金仍是应用最广泛的

8、储氢材料，目前研究的重点是合金材料(如Mg。NiH4