PDF《我国将制定氢能产业发展路线图！》

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12 图5 典型储氢技术

一、低温液态储氢不经济 液态氢的密度是气体氢的845倍.液态氢的体积能量密度比压缩状态下的氢气高出数倍,如果氢气能以液态形式存 在,那它替换传统能源将水到渠成,储运简单安全体积占比小.但事实上,要把气态的氢变成液态的并不容易,液化 1kg的氢气需要耗电4-10千瓦时,液氢的存储也需要耐超低温和保持超低温的特殊容器,储存容器需要抗冻、抗压以 及必须严格绝热.所以这种方法极不经济,仅适用于不太计较成本问题且短时间内需迅速耗氢的航天航空领域.

二、高压气态储氢产业应用最为成熟,致命缺点是体积比容量小 高压气态储氢是目前最常用并且发展比较成熟的储氢技术,其储存方式是采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器 里.目前所使用的容器是钢瓶,它的优点是结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快.但是存在泄露爆炸 隐患,安全性能较差. 该技术还有一个致命的弱点就是体积比容量低,DOE的目标体积储氢容量70g/L,而钢瓶目前所能达到最高的体积 比容量也仅有25g/L.而且要达能耐受高压并保证安全性,现在国际上主要采用碳纤维钢瓶,碳纤维材料价格非常昂 贵,所以它并非是理想的选择,可以作为过渡阶段使用. 页面

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三、固态储氢,储氢密度大,极具发展潜力 固态储氢方式能有效克服高压气态和低温液态两种储氢方式的不足,且储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成 本低、安全等,特别适合于对体积要求较严格的场合,如在燃料电池汽车上的使用,是最具发展潜力的一种储氢方式 .固态储氢就是利用氢气与储氢材料之间发生物理或者化学变化从而转化为固溶体或者氢化物的形式来进行氢气储存 的一种储氢方式. 储氢材料种类非常多,主要可分为物理吸附储氢和化学氢化物储氢.其中物理吸附储氢又可分为金属有机框架(M OFs)和纳米结构碳材料,化学氢化物储氢又可分为金属氢化物(包括简单金属氢化物和简单金属氢化物),非金属氰化 物(包括硼氢化物和有机氢化物). 图6 固体储氢材料分类 物理吸附储氢材料是借助气体分子与储氢材料间的较弱的范德华力来进行储氢的一种材料.纳米结构碳材料包括碳 纳米管、富勒稀、纳米碳纤维等,在77K下最大可以吸附约4wt%氢气.金属有机框架材料(MOFs) 具有较碳纳米材 料更高的储氢量,可以达到4.5wt%,并且MOFs的储氢容量与其比表面积大致呈正比关系.但是,这些物理吸附储氢 材料是借助气体分子与储氢材料间的较弱的范德华力来进行储氢,根据热力学推算其只能在低温下大量吸氢. 化学氢化物储氢的最大特点是储氢量大,目前所知的就有至少16种材料理论储氢量超过DOE 最终目标7.5wt%, 有不下6种理论储氢量大于12wt%.并且在这种储氢材料中,氢是以原子状态储存于合金中,受热效应和速度的制约 ,输运更加安全.但同时由于这类材料的氢化物过于稳定,热交换比较困难,加/脱氢只能在较高温度下进行,这是 制约氢化物储氢实际应用的主要因素. 页面

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12 图7 固体储氢材料分类 目前各种材料基本都处于研究阶段,均存在不同的问题.金属有机框架(MOFs)体系可逆,但操作温度低;

纳米结构 材料操作温度低,储氢温度低;

金属氢化物体系可逆,但多含重物质元素,储氢容量低;