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氢能源的氢气储存和氢能利用技术随着全球对可再生能源的需求与日俱增，氢能源作为一种潜力巨大的清洁能源得到了广泛关注。
然而，氢气的储存和利用一直是一个挑战，需要先进的技术来解决。
本文将介绍氢气储存和氢能利用的技术。
一、氢气储存技术1. 压缩储氢技术压缩储氢技术是目前应用最广泛的一种储氢方法。
其原理是将氢气通过压缩机压缩到高压容器中，存储在金属氢化物或者碳纤维增强复合材料等材料内部。
这种技术具有储量大、适用范围广的优点，但是对储氢设备的密封性要求高，且制造成本较高。
2. 液态储氢技术液态储氢技术是将氢气在低温下压缩为液态，以提高氢气的储存密度。
常用的液态储氢方法包括液态氢储罐和氢化液体。
液态氢储罐能够实现较高的储氢密度，但是其在氢气的蒸发和泄漏方面存在一定的挑战。
而氢化液体则是将氢气与特定的液体化合物反应生成氢化物，通过控制温度和压力来实现储氢。
这种方法虽然储氢密度较低，但是具有较好的稳定性和安全性。
3. 吸附储氢技术吸附储氢技术是利用特定材料的吸附性能来储存氢气。
常用的吸附材料包括多孔性材料（如活性炭和金属有机骨架材料）和金属合金。
这些材料具有较大的表面积和孔隙结构，能够通过物理吸附将氢气吸附在表面或孔隙中。
吸附储氢技术具有储氢密度较高、快速充放氢等优点，但是对材料的稳定性和选择性要求较高。
二、氢能利用技术1. 燃料电池技术燃料电池技术是利用氢气与氧气反应产生电能的技术。
该技术能够实现高效的能源转化，并且只产生水这一无害物质。
燃料电池广泛应用于汽车、家用电力等领域，成为氢能利用的重要途径。
同时，燃料电池还能够与储氢技术相结合，实现氢气的高效利用。
2. 氢燃料发动机技术氢燃料发动机技术是将氢气作为燃料，通过燃烧产生动力的技术。
与传统的内燃机相比，氢燃料发动机不产生有害废气和颗粒物，具有零排放的优势。
氢燃料发动机在交通运输领域具有广阔应用前景，并且与燃料电池技术相比成本相对较低。
3. 氢气直接利用技术除了燃料电池和氢燃料发动机，氢气还可以直接被用作燃料进行燃烧。
氢能源的储存和运输技术发展氢能源作为一种清洁、高效的能源形式，受到了越来越多的关注。
然而，由于氢气的低密度和易燃性，其储存和运输一直是一个具有挑战性的问题。
近年来，科学家们通过不断的研究和创新，取得了一系列的突破，使得氢能源的储存和运输技术得到了长足的发展。
一、氢气的储存技术1. 压缩储氢技术压缩储氢是目前应用最广泛的一种氢气储存技术。
通过将氢气压缩到高压容器中，可以大大提高其储存密度。
常用的压缩储氢方法有物理吸附、化学吸附和压力容器三种方式。
物理吸附通过将氢气吸附到具有大表面积的材料上，如活性炭、金属有机框架等，使得氢气能够以较低的压力储存。
化学吸附则是利用金属催化剂或化学反应，将氢气储存在化合物之中。
而压力容器则是利用材料的强度，将氢气以高压形式储存。
2. 液化储氢技术液化储氢技术是将氢气冷却至接近绝对零度，使其变为液态来进行储存。
在液态下，氢气的体积能够大幅度减小，从而提高储存密度。
这种技术在航天领域得到了广泛的应用，但由于液态氢具有极低的沸点和蒸发率，储存和运输过程中需要解决保温和安全问题。
3. 吸附储氢技术吸附储氢技术是利用特定的物质，如多孔材料或化学药剂，将氢气吸附在其表面上进行储存。
这种技术相比于压缩储氢和液化储氢更加安全可靠，同时储氢密度也较高。
研究人员正在不断寻找更为高效的吸附材料，以提高吸附储氢技术的应用性。
二、氢气的运输技术1. 气体管道运输气体管道运输是一种常用的氢气运输方式。
通过将氢气注入到管道中，可以方便地将氢气输送到需要的地方。
然而，由于氢气的密度较低，导致在长距离运输过程中能量损失较大。
为了减少能量损失，科学家们正在研究各种方法，如提高管道的绝缘性能和降低管道中气体的泄漏率。
2. 液氢罐运输液氢罐运输是将氢气液化后进行运输的一种方式。
液氢罐具有较好的密封性能和保温性能，能够有效地防止氢气的泄漏和挥发。
但需要注意的是，液氢具有极低的温度，对罐体材料和绝缘层的要求非常高，同时还需要考虑安全性和经济性的平衡。
国内有机液态储氢技术1.引言1.1 概述概述有机液态储氢技术是一种新兴的氢能源储存技术，在国内得到了越来越多的关注和研究。
随着全球对清洁能源的需求不断增长，寻找高效、安全、可持续的储氢方法变得尤为重要。
传统的储氢技术存在着制约因素，如压力容器的体积庞大、储氢效率低、安全隐患等问题，而有机液态储氢技术正是为了解决这些问题而被提出和研发的。
有机液态储氢技术的基本原理是将氢气通过化学反应与有机液体形成化合物，实现氢气的高密度储存。
当需要释放氢气时，只需通过外界的简单操作，即可将氢气从化合物中释放出来并利用。
这种技术的独特之处在于，有机液态储氢材料可通过调整化学结构，来实现不同的储氢能力和释放能力。
同时，有机液态储氢技术具有较高的安全性，不易泄漏和爆炸，对环境友好。
目前，国内已取得了一些有机液态储氢技术的研究成果。
通过改进有机液态储氢材料的结构和性能，提高储氢容量和释放速度，国内的有机液态储氢技术已经逐渐进入实用化阶段。
然而，与国外相比，国内的有机液态储氢技术仍存在一些挑战，如储氢材料的稳定性、储氢和释放的效率等。
因此，进一步加大研发投入、加强国际合作是国内有机液态储氢技术亟待解决的问题。
针对当前的挑战和问题，国内有机液态储氢技术的未来发展方向可以从以下几个方面展望：首先，继续改进有机液态储氢材料的稳定性和储氢性能，以提高储氢效率和安全性。
其次，完善储氢和释放的工艺技术，将技术推向成熟的产业化阶段。
最后，加强与国外优秀研究机构和企业的合作，共同推动有机液态储氢技术的进一步发展。
综上所述，国内有机液态储氢技术是一项具有广阔前景的清洁能源储存技术。
通过不断的研发和创新，相信这项技术将为我国清洁能源的发展作出重要贡献。
同时，我们也希望能够看到更多的企业和机构投入到有机液态储氢技术的研究与应用中，共同推动我国清洁能源产业的发展。
文章结构部分的内容可以包括以下几个方面:1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述和分析有机液态储氢技术的背景、原理、工艺以及国内相关技术的现状和未来发展方向:第二部分是正文，将详细介绍有机液态储氢技术的背景和发展。
氢能的储存与运输技术研究在当今世界，能源问题是全球关注的焦点之一。
随着传统化石能源的日益枯竭以及环境问题的愈发严峻，寻找清洁、高效、可持续的新能源成为当务之急。
氢能，作为一种具有巨大潜力的清洁能源，逐渐走入人们的视野。
然而，要实现氢能的广泛应用，其储存和运输技术是至关重要的环节。
氢能具有诸多优点，如燃烧热值高、产物无污染等。
但它也存在一些特性使得储存和运输具有一定的挑战性。
首先，氢是一种气体，在常温常压下密度很小，这意味着要储存大量的氢，需要占用较大的空间。
其次，氢的分子很小，容易透过储存容器发生泄漏。
此外，氢在一定条件下具有易燃易爆的性质，这对储存和运输的安全性提出了很高的要求。
目前，氢能的储存技术主要包括高压气态储存、低温液态储存和固态储存等几种方式。
高压气态储存是较为常见的一种方法。
通过将氢气压缩至高压状态，例如 35 兆帕或 70 兆帕，存储在特制的高压气瓶中。
这种方法的优点是技术相对成熟，成本较低，但缺点也很明显，就是单位体积的储氢量有限，而且高压气瓶本身较重，增加了运输的负担。
低温液态储存则是将氢气冷却至－253℃使其液化，从而大大提高了储氢密度。
不过，这一过程需要消耗大量的能量来维持低温，并且液氢在储存和运输过程中容易蒸发损失，同时对储存容器的绝热性能要求极高，使得成本大幅增加。
固态储存是一种新兴的技术，包括金属氢化物储氢、有机液体储氢等。
以金属氢化物储氢为例，某些金属或合金能够与氢发生化学反应形成金属氢化物，在需要时通过加热等方式释放出氢气。
这种方法的储氢密度较高，安全性较好，但存在着反应速度较慢、可逆性有待提高等问题。
在氢能的运输方面，主要有管道运输、长管拖车运输和液氢槽车运输等方式。
管道运输是一种大规模、高效的运输方式，类似于天然气管道运输。
但由于氢气的特殊性质，对管道材料、密封性能等要求非常高，目前氢气管道运输的应用还相对较少。
长管拖车运输是将高压气态氢气存储在多个气瓶中，通过拖车进行运输。
氢能源存储与运输技术研究一、现状分析氢能源作为一种清洁能源，具有高能量密度、无污染排放、可再生等优点，被认为是未来能源发展的重要方向之一。
然而，由于氢气在常温常压下密度较低，体积大，运输和存储成本较高等问题，氢能源的应用受到了限制。
氢能源存储与运输技术的研究成为了当前研究的焦点之一。
目前，氢能源的存储和运输技术主要有氢气储罐、液态氢、固态氢等几种形式。
氢气储罐普遍采用高压氢气储罐或液态氢气储罐，但存在着安全性、储存密度低等问题；液态氢虽然具有较高的储存密度，但制冷成本高，运输风险大；固态氢虽然在储存密度和安全性方面具有优势，但存在制备成本高、循环稳定性差等问题。
二、存在问题1.氢气储罐存在安全隐患。
高压氢气储罐在使用过程中存在着氢气泄漏、爆炸等安全风险，液态氢储罐制冷系统易受损，造成液体氢泄漏，导致严重事故。
2.氢气运输成本高。
氢气密度低，运输空间大，造成运输成本高昂，尤其是对于远距离运输而言，成本更是不容忽视。
3.固态氢制备成本高。
目前固态氢的制备成本相对较高，阻碍了其在氢能源存储与运输领域的应用。
4.氢气的储存密度不高。
无论是气态、液态还是固态氢，其储存密度都无法满足实际应用的需要，限制了氢能源的推广与应用。
三、对策建议1.加强氢气安全技术研究。
通过研究氢气泄漏检测技术、爆炸抑制技术等，提高氢气储罐的安全性，减少事故发生的可能性。
2.优化氢气运输模式。
可以考虑采用管道输氢、液态氢槽车运输等方式，降低氢气运输成本，提高运输效率。
3.降低固态氢制备成本。
可以通过研究新型储氢材料、改进制备工艺等途径，降低固态氢的制备成本，提高其在氢能源存储与运输中的应用性。
4.开发新型氢存储技术。
可以考虑研发氢化合物储氢技术、氢气液化技术等新型氢存储技术，提高氢气的储存密度，满足实际应用需求。
综上所述，氢能源存储与运输技术的研究面临诸多挑战，需要在安全性、成本、效率等方面不断进行创新与突破。
只有通过持续的技术创新和研究，才能推动氢能源在未来能源领域的广泛应用与推广。
氢能源的储存和运输技术的发展随着全球对可再生能源的需求不断增长，氢能源作为一种高效、清洁的能源形式获得了广泛关注。
然而，氢气本身具有极低的密度和高的压缩要求，因此如何储存和有效运输氢能源成为了氢能源产业发展的重要课题。
本文将探讨氢能源储存和运输技术的发展，并提出相应的解决方案。
一、氢能源储存技术的发展1. 压缩氢气储存技术压缩氢气储存技术是最常见的氢能源储存形式之一。
通过将氢气压缩到高压容器中，可以大幅度减小氢气的体积，从而方便储存和运输。
目前，常见的储氢容器包括高压钢瓶、碳纤维复合材料储氢罐等。
随着材料科学和制造技术的进步，储氢罐的密封性和安全性得到了极大的提升，从而推动了压缩氢气储存技术的发展。
2. 液化氢储存技术液化氢储存技术是另一种常用的氢能源储存方法。
通过将氢气冷却到非常低的温度（-253°C），可以将氢气液化成液态氢。
液化氢的密度相较于气态氢更高，从而可以在相对较小的容器中存储更多的氢气。
液化氢储存技术在航空航天领域得到了广泛应用，并在最近几年开始在汽车领域得到推广。
然而，液化氢的冷却过程非常能源密集，而且液化氢在储存和运输过程中对容器的密封性要求非常高，这也给液化氢储存技术带来了一定的挑战。
二、氢能源运输技术的发展1. 高压管道输送技术高压管道输送技术是一种常见的氢能源运输方式。
类似于天然气输送，通过在管道中提供足够的压力，可以将氢气从生产地输送到消费地。
高压管道输送技术具有输送距离长、输送能力大的优势，而且相对于液态氢运输更加安全可靠。
然而，由于氢气的非常性和泄漏的安全性问题，高压管道输送技术在应用过程中仍然需要严格的安全措施。
2. 杂交气体车运输技术杂交气体车是一种结合了氢气和其他能源形态的交通工具。
与传统的氢燃料电池汽车相比，杂交气体车不仅可以使用氢气作为燃料，还可以利用其他能源（如电能、天然气等）作为补充能源。
这种杂交的方式一方面可以充分利用不同能源的优势，另一方面可以减少对氢能源的依赖，从而解决氢气储存和运输的问题。
氢气储存方法的现状及发展氢气储存技术是氢能源开发中一个关键的环节。
目前，主要的氢气储存方法包括压缩氢气储存、液化氢气储存和固态氢气储存。
这些方法各有优缺点，并在不同的应用领域有不同程度的应用。
随着氢能源的发展和应用需求的增加，氢气储存方法的研究和发展也在不断进行。
首先，压缩氢气储存是目前应用最广泛的一种氢气储存方法。
它通过将氢气压缩到高压状态（通常超过7000 psi），然后存储在钢瓶或复合材料容器中。
这种储存方法简单、成本较低，适用于小规模储氢以满足短期需求。
然而，压缩氢气储存存在一些局限性。
首先，压缩氢气容器需要强度高、质量轻的材料来承受高压氢气的作用。
目前常用的材料包括钢和复合材料，并且材料性能限制了储氢罐的容量和使用寿命。
其次，压缩氢气储存在储存密度上也有限制，由于氢气的低密度，即使高压储存，也无法实现高能量密度储存。
因此，压缩氢气储存主要适用于小规模储氢和短期储存需求。
其次，液化氢气储存是另一种常见的氢气储存方法。
它主要通过降低氢气的温度来将其液化，并将液态氢气储存在特殊的容器中。
液化氢气储存具有较高的储存密度和能量密度，适用于大规模的储氢和长期储存。
然而，液化氢气储存也存在一些问题。
首先，液化氢气的制冷系统成本高，对设备和能源需求较大。
其次，液态氢气易于挥发，需要经常补充，增加了储氢系统的维护成本。
此外，液化氢气储存需要特殊的容器设计和构建，增加了系统的复杂性和成本。
因此，液化氢气储存主要适用于大规模储氢和长期储存需求，如工业应用和氢能源产业链。
最后，固态氢气储存是一种新兴的氢气储存方法。
它通过在特定条件下将氢气吸附或存储在固态材料中来实现储存。
固态氢气储存具有高储存密度、高能量密度和较低的能量损耗等优点，被认为是解决氢气储存难题的一种潜在方法。
然而，固态氢气储存技术还处于发展初期，仍面临一些挑战。
首先，目前已知的固态储氢材料中，存储氢气能力较低，需要进一步提高。
其次，固态氢气储存技术的稳定性和可靠性还需要进一步验证。
氢储能技术发展与研究现状氢能是能源转型升级的重要载体，是实现碳达峰碳中和的重要解决方案。
氢气储运是连接氢气生产端和需求端的关键桥梁，低成本高效的氢气储运技术是实现氢气大规模应用的必要保障。
01.氢气储存技术根据氢气的存储状态可将氢气储存方式分为常温高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态储氢等。
目前，常温高压气态储氢是当前我国最成熟的储氢技术，占绝对主导地位。
低温液态储氢尚处起步阶段，是未来大规模用氢的良好解决方案。
有机液态储氢处于技术研发阶段，是未来有发展潜力的氢气低价储运技术之一。
固态储氢尚处示范阶段，具有实用化前景的是金属氢化物基储氢合金。
常温高压气态储氢是指将氢气压缩在储氢容器中，通过增压来提高氢气的容量，满足日常使用。
这是一种应用广泛、灌装和使用操作简单的储氢方式，具有成本低、能耗低、充放速度快的特点。
缺点是储氢密度低，安全性较差，只能适用于小规模、短距离的运输场景。
低温液态储氢属于物理储存，是一种深冷氢气存储技术。
氢气经过压缩后，深冷到21K（约-253°C）以下，使之变为液氢，然后储存在专用的低温绝热液氢罐中，密度可达70.78kg/cm3，是标准情况下氢气密度的850倍左右，体积比容量大，适用于大规模、远距离的氢能储运。
缺点是对储氢容器的绝热要求很高，液化和运输过程中能耗大。
有机液态储氢属于化学储存，利用有机液体（环己烷、甲基环己烷等）与氢气进行可逆加氢和脱氢反应，能够实现常温常压下氢气储运。
这种储氢方式的优势在于储氢密度比较高、安全性高。
缺点是需要配备相应的加氢脱氢装置，流程繁琐，效率较低，增加储氢成本，影响氢气纯度。
固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式实现储氢，具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势。
缺点是成本高，放氢需要较高温度下进行。
02.氢气输送技术根据储氢状态氢气输送分为气态输送、液态输送和固态输送，气态和液态为目前的主流方式。
储氢、运氢、加氢技术方案一、储氢技术方案。
1. 高压气态储氢。
就像把氢气这个调皮的小气体关在一个超级坚固的小牢房里。
我们用特制的高压容器，压力能达到35 70兆帕甚至更高。
这些容器得特别结实，要能承受住氢气的压力，就像给氢气盖了个超级抗压的房子。
不过呢，这种方式有个小缺点，就是容器本身比较重，而且氢气在高压下密度也不是特别高，就像虽然把很多人挤在一个小房间里，但还是没有把空间利用到极致。
2. 液态储氢。
这就好比把氢气变成了超级冷的小冰块。
要把氢气冷却到 253℃，这个温度可是超级低的哦，这样氢气就变成液态了。
液态氢的密度比较大，在储存相同量氢气的时候，液态储氢的容器相对就可以小一些。
但是呢，让氢气保持这么冷的状态可不容易，就像要一直给这个小冰块盖着厚厚的“被子”（保温层），不然它就会受热变成气态跑掉啦，而且制冷设备也很费钱。
3. 固态储氢。
想象一下氢气像个小客人住进了固体材料这个“小旅馆”里。
我们用一些特殊的金属合金或者多孔材料，氢气分子可以吸附或者和这些材料发生反应而被储存起来。
这种方式比较安全，就像小客人在小旅馆里不会到处乱跑。
而且固态储氢材料可以根据需要做成不同的形状，很方便。
不过呢，目前这种技术还不是特别成熟，就像小旅馆还在装修，有些设施还不太完善，比如说储氢的容量还需要进一步提高，而且材料的成本也有点高。
二、运氢技术方案。
1. 气态运氢。
如果把氢气当作一群小气球，那气态运氢就是把这些小气球装在一个长长的管道或者特制的高压罐车里运输。
管道运输就像是给小气球们建了一个专属的空中走廊，不过管道建设成本很高，就像在空中建一条走廊要花好多钱呢。
罐车运输相对灵活一些，就像开着一辆装满小气球的大卡车，可以把氢气送到不同的地方。
但是罐车运输量有限，而且氢气在高压下运输也有一定的危险性，就像卡车上装着一群调皮的小气球，得小心它们别跑出来或者爆炸了。
2. 液态运氢。
这时候氢气就像一桶桶超级冷的液体。
我们用专门的低温液态氢运输罐车或者船来运输。
氢能源的氢气储存和氢能利用技术氢能源作为一种清洁、高效且可再生的能源形式，正逐渐受到全球范围内的广泛关注。
然而，氢气的储存和利用技术一直是制约该能源应用的重要问题之一。
本文将以氢气储存和氢能利用技术为主线，论述当前氢能源领域的相关发展以及未来的前景。
一、氢气储存技术储存是氢能源利用的关键环节之一，有效的氢气储存技术能够提供便捷的储能形式，并确保氢气的安全和稳定供应。
目前主要的氢气储存技术包括：气态储存、液态储存和固态储存。
1. 气态储存气态储存是最传统的氢气储存方式，其通过将氢气压缩至高压状态（通常大于300 bar），将氢气储存在钢瓶或气瓶中。
这种储存方式简单、成本低，但是氢气的压缩和释放过程需要耗费大量能量，并且气瓶的体积较大，限制了氢气的使用范围。
2. 液态储存液态储存是将氢气冷却至低温（通常低于-252.8℃）并将其液化的方式来储存氢气。
液态氢具有较高的能量密度，同时体积相对较小，方便储存和运输。
然而，该技术需要耗费大量能量用于氢气的冷却和液化过程，并且需要专门的设备进行储存和处理。
3. 固态储存固态储存是指将氢气储存在吸附材料或化合物中，通过化学反应或物理吸附的形式来实现。
这种储存方式具有较高的安全性和储存容量，并且不受压力和温度的限制。
目前，研究人员正在积极寻求更高效、可行的固态储氢材料，以满足未来氢能源的需求。
二、氢能利用技术除了储存技术，有效的氢能利用技术也是实现氢能源商业化应用的重要组成部分。
目前，氢能源主要利用技术包括：燃烧利用、燃料电池利用和氢化物储存技术。
1. 燃烧利用燃烧利用是最常见的氢能利用方式，其将氢气与氧气反应产生热能，驱动发动机或燃烧设备。
燃烧过程中产生的唯一废气是水蒸气，不会产生污染物，具有较高的环保性。
然而，燃烧所产生的热量和能量利用效率相对较低，导致能源浪费。
2. 燃料电池利用燃料电池利用是一种将氢气与氧气进行化学反应，并直接将其转化为电能的技术。
燃料电池具有高效率、零排放和持续供电等优势，广泛应用于交通运输、家庭供电和电子设备等领域。
氢能源的储存发展研究及液态储氢的容器技术摘要:作为石油的替代能源,氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源,其储存是氢能应用的关键。
本文综述了目前所采用或正在研究的储氢技术,如高压气态储氢、金属氢化物储氢、液化储氢、有机化合物储氢和吸附储氢,并指出了液态储氢容器技术的发展趋势。
关键词:储氢;金属氰化物;碳纳米管;容器技术1前言在法国小说《神秋·岛》中有句话:“我相信,总有一天氢气和氧气会造产生光和热的无尽源泉”。
地球上的物质66%是由氢组成的,当石化燃料危机以及由此带来的环境危机越来越成为关系国计民生和人类未来的重要问题的时候,一个全新的“氢能经济”的蓝图正在逐步形成。
氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源,它是利用石化燃料、核能和可再生能源等来产生氢气,也可通过燃料电池化学反应直接转换成电能,用于发电及交通运输等,还可用作各种能源的中间载体。
氢作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中时,具有高效率、高效益的特点,而且氢反应的产物是水和热,是真正意义上的清洁能源和可持续能源,这对能源可持续性利用、环境保护、降低空气污染与大气温室效应方面将产生革命性的影响。
氢可作为一种储备的能源,如果利用丰富的过剩电能实现电解水制氢,可以建独立的氢供应站,不必区域联网。
因此,氢与可再生一次能源相结合可以满足未来能源的所有需求。
2氢能源的储存发展研究当前氢气的制备技术已日趋成熟,人类可较易获得大量的氢气,但氢能的储存和运输却限制了氢能的利用,尤其是储存技术已经成为氢能利用走向规模化的瓶颈。
氢在一般条件下是以气态形式存在的,所占体积大,这给氢的储存带来了困难。
对于以氢为能源载体的氢经济来说,储氢问题涉及到氢生产、运输、最终应用等所有环节。
目前氢气储存方法主要有五种:高压气态储氢、金属氢化物储氢、液化储氢、有机化合物储氢和吸附储氢。
2.1高压气态储氢高压气态储氢是最常用的氢气储存方式,也是最成熟的储存技术,氢气被压缩后在气缸里以气体形式储存。
这种技术和压缩天然气、煤气技术相类似,只是由于氢的密度很小,需要消耗的能量更多。
目前压缩储氢的效率为93%,而利用蓄电池储存电能的效率是73%,可见对于电动车而言,储氢的效率要高过电池储电的效率。
但是压缩储氢的效率随着压力的增大而减小,气缸材料一般为钢材,可以耐高压,但比较重,使得氢气的重量百分比较小,一般一个充气压力为20Mp的高压钢瓶中储氢重量占1.6%,供太空用的钛瓶氢重量也仅为5%。
因此,降低储存瓶的重量与体积、改进材料以及提高抗撞击能力和安全性能是此类储存技术的研究重点。
2.2金属氢化物储氢技术把氢以金属氢化物的形式储存在合金中,是近30年来新发展的技术。
这类材料有一种特性,即当把它们在一定温度和压力下曝置在氢气氛中时,就可吸收大量的氢气,生成金属氢化物,而在加热条件下,金属氢化物又释放出氢气,利用这一特性就可有效储氢。
金属氢化物中的氢以原子状态储存于合金中,重新释放出来时经历扩散、相变、化合等过程,这些过程受热效应与速度的制约,因此金属氢化物储氢比高压氢安全,并且有很高的储存容量。
目前的储氢合金大致分为四类:(1)稀土镧镍,储氢密度大;(2)钛铁合金,储氢量大,价格低,可在常温、常压下释放氢;(3)镁系合金,是吸氢量最大的储氢合金,但吸氢速率慢,放氢温度高;(4)钒、铌、锆等多元素系合金,由于该合金都是由稀有金属构成,只适用于某些特殊场合。
近年来,一种新的金属氢化物储氢技术——薄膜金属氢化物储氢,取得较快进展。
采用厚度为数十纳米至数百纳米的薄膜金属氢化物储氢可克服传统金属氢化物的充放氢速度慢、易于粉化、传热效果不佳等缺点,而且通过在薄膜金属氢化物表面喷涂保护层,可起到活化薄膜金属氢化物和保护氢化物不受杂质组分的毒害。
薄膜金属氢化物储氢技术在光电功能玻璃、新型电极、气敏元件等方面具有潜在的应用前景。
2.3液化储氢常压下,液氢的溶点为20k,气化潜热为921kj/mol。
常温常压下液氢的密度为气态氢的845倍,液氢储存的体积能量密度比压缩储存高好几倍。
液氢的热值高,每千克热值为汽油的3倍。
液氢储存特别适宜储存空间有限的运载场合。
液氢储存的质量最小,储箱体积也比高压压缩储氢小得多。
从质量和体积上考虑,液化储存是一种极为理想的储氢方式。
液氢储存还应考虑氢的转化热(1417.8kj/kmol),使氢的转化在液化之前完成。
与其他低温液体储存时相似,为提高液氢储存的安全性和经济性,减少储存容器内蒸发损失,需要提高储存容器的绝热性能和选用优质轻材,对储存容器进行优化设计,这是低温液体储存面临的共同问题。
总之,液化储氢技术是一种高效的储氢技术,其优点是非常明显的。
其存在问题主要是氢的液化成本和这蒸发率,如果能够有效降低氢的液化成本和蒸发率,液化储氢将是一种非常有前景的储氢技术。
2.4有机化合物储氢有机物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应,即利用催化加氢和脱氢的可逆反应来实现。
加氢反应实现氢的储存(化学键合),脱氢反应实现氢的释放。
常用的有机物氢载体主要有:苯、甲苯(TOL)、甲基环己烷(MCH)、萘。
氢载体在常压下呈液态,储存和运输简单易行,输送到目地后,通过催化脱氢装置使寄存的氢脱离,储氢剂经冷却后储存、运输,并可循环利用。
与其它储氢方式相比,有机液体储氢具有以下特点:(1)氢载体的储存、运输安全方便。
氢载体环己烷或甲基环己烷与汽油类似,可方便利用现有的储存和运输设施,有利于长距离大量输氢。
一些国家正考虑用此法作为海运氢的手段;(2)氢储量大。
环己烷和甲基环己烷的理论储氢量(质量分数)分别为7.19%和6.18%,高于现有的高压压缩储氢和金属氢化物的储氢量;(3)储氢剂成本低且可循环使用;(4)可逆的加氢与脱氢催化反应中,加氢是个强放热反应,脱氢反应需要的能量约占已储存氢能的30%。
脱氢过程为该储氢技术的关键。
技术难点在于寻找合适的催化剂(目前主要采用Pt-Sn/Al2O3)和减少脱氢过程的能耗。
2.5吸附储氢吸附储氢是近年来出现的新型储氢方法。
由于其具有安全可靠和储存效率高等特点而发展迅速。
吸附储氢方式分为物理吸附和化学吸附两大类,其中所使用的材料主要有分子筛、高比表面积活性炭和新型吸附剂(纳米材料)等。
由于该技术具有压力适中、储存容器自重轻、形状选择余地大等优点,已引起广泛关注。
目前吸附储氢材料研究的热点是碳纳米材料,其中以碳纳米管最引人注目。
由于碳纳米材料中独特的晶格排列结构,材料尺寸非常细小,具有较大的理论比表面积,被认为是一种很有前途的吸附储氢材料。
碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板,层间距为0.337nm ,而氢气分子的动力学直径为0.289nm ,所以碳纳米管能用来吸附氢气。
同时碳纳米管中含有许多尺寸均一的微孔,当氢到达材料表面时,除被吸附在材料表面上外,还受到毛细管力的作用,被压缩到微孔中,由气态变为固态。
因此,这种材料可以通过吸附而储存相当多的氢,吸附量比活性炭大得多。
另外,由于这些层板之间氢的结合不牢固,压力降低时能够通过膨胀来释放氢气,解吸速度快(数十分钟内完成) ,可直接获得氢气,使用方便。
应当指出的是,虽然碳纳米管具有较高的储氢量,但将其用作商业储氢材料还有一段距离,主要原因在于批量生产碳纳米管的技术尚不成熟且价格昂贵,在储氢机理、结构控制和化学改性方面还需做更深入的研究。
3液态储氢的容器技术作为石油燃料的替代物,氢能源无疑是一种很有发展前景的汽车燃料,日本、美国、德国都先后实施了各自的氢能发展计划。
鉴于液氢储氢方式比其他现有储氢方式具有重量轻、体积小、安全可靠、储罐寿命长、液氢加注时间短、冷量可以有效利用等优点,因此,液氢是氢动力车首选的储氢方式。
无论是从储箱重量,还是行驶距离上,液氢动力车都是目前唯一可与汽油车匹敌的氢能力车。
液化储存面临两大技术难点:一是氢液化能耗大,工程实际中,氢液化耗费的能量占液化氢能的30%;二是液氢储存容器的绝热问题,由于储槽内液氢与环境温差大,为控制槽内液氢蒸发损失和确保储槽的安全(抗冻、承压),对储槽及其绝热材料的选材和储槽的设计均有很高的要求。
液氢储罐一般分为内外两层,内胆盛装温度为20K液氢,通过支承物置于外层壳体中心,支承物可由长长的玻璃纤维带制成,具有良好的绝热性能。
夹层中间填充多层镀铝涤纶薄膜,减少热辐射。
各薄膜之间放上绝热纸,增加热阻,吸附低温下的残余气体。
用真空泵抽去夹层内的空气,形成高真空便可避免气体对流漏热,液体注入管同气体排放管同轴,均采用导热率很小的材料制成,盘绕在夹层内,因此通过管道的漏热大大减小。
储罐内胆一般采用铝合金、不锈钢等材料制成,外壳一般采用低碳钢、不锈钢等材料,也可采用铝合金材料,减轻容器重量。
通用公司“氢动一号”试验车采用的高科技燃料罐即为双层不锈钢结构,两层罐体之间抽真空,并有铝箔热辐射反射层。
液氢为摄氏零下253度,比液化天然气的温度要低100摄氏度。
该燃料罐装有75升液态氢,可以供汽车行驶400公里。
日本Musashi Institute of Technology也进行了液氢汽车的研究,他们采用的液氢容器,容量达230L,内胆外径为800mm,由厚2.5mm的不锈钢筒体两端加装半球形封头构成,容器工作压力为490kPa,容器内胆和外壳之间有100mm的空间,外壳材质为铝合金,壁厚5mm,容器总重120kg,蒸发率为每天2.5%。
现在有一种壁间充满中空微珠的绝热容器已经问世。
这种二氧化硅的微珠直径约为30-150μm,中间空心,壁厚1-5μm。
在部分微珠上镀上厚度为1μm 的铝可抑制颗粒间的对流换热,将部分镀铝微珠(一般约为3%-5%)混入不镀铝的微珠中可有效地切断辐射传热。
这种新型的热绝缘容器不需抽真空,但绝热效果远优于普通高真空的绝热容器,是一种理想的液氢储存罐,美国宇航局已开始研究使用这种新型的储氢容器,是未来储氢容器的发展方向。
4结论氢能源作为理想的新型能源和含能体能源,制约其实用化、规模化的关键是储氢。
目前的一些储氢材料和技术离氢能的实用化还有较大的距离,在质量和体积储氢密度、工作温度、可逆循环性能以及安全性等方面,还不能满足实用化和规模化的要求。
国际能源署(IEA)对储氢材料提出的要求是质量储氢密度大于5%,体积储氢密度应在50kgH2/m3以上,迄今为止除液氢外还没有一种储氢材料和技术能满足这一要求,目前急待解决的关键问题是提高储氢密度、储氢安全性和降低储氢成本。
由于能源问题的日趋严重,采用氢作为能源已迫在眉睫,开展规模储氢技术的研究,解决相关的技术瓶颈问题,对于促进氢能源的应用将具有十分重要的意义。
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