资源描述：
《储氢材料的分类及研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、储氢材料的研究进展1储氢材料的研究背景2储氢材料的种类及研究进展3储氢材料的应用4总结与展望1储氢材料的研究背景氢是一种清洁的燃料,氢能被认为是未来有发展前景的新型能源之一。以多种方式制备的氢气,通过燃料电池直接转变为电力,可以用于汽车、火车等交通工具,也可用于工业、商用和民用建筑等固定式发电供热设施,实现终端污染物零排放。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高、清洁的绿色能源及能源载体,也被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁。在未来的能源体系中,氢能可以成为与电能并重而互补的终端二次能源,
2、渗透并服务于科技领域和社会经济生活的各个方面,从而为国家的能源安全和环境保护做出重要贡献。虽然氢能的研发目前尚未形成现实生产力,但科技进步日新月异,已经使人们感受到新型能源带来的希望。氢能的开发包括氢的制取、储存和利用等技术。当氢作为一种燃料时,页脚具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。近10年来,氢燃料电池、氢燃料电池汽车及其相关领域的快速发展,有效推动了氢能技术的进步,但经济、安全、高效的氢储存技术仍是现阶段氢能应用的瓶颈。对于车用氢气存储系统,要求实际储氢能力大于311kg(相当
3、于小汽车行驶500km所需的燃料),国际能源署(IEA)提出的目标是储氢质量分数大于5%、体积储氢密度大于50kg,并且放氢温度低于353K,循环寿命超过1000次;而美国能源部(DOE)提出到2010年储氢质量分数不低于6%、体积储氢大于62kg,到2015年储氢质量分数不低于9%,且循环寿命超过1500次.氢的储存是以氢的相图为基础的。在低温区,氢以固体形式存在,而在0和Pa的压力下,是密度为0.01089886的气体,在三相点和临界点之间很小的范围内,氢气在-253e下是密度为7018的液体。根据氢
4、的气体特性,其储存方式主要分为高压压缩储氢、低温液态储氢、固态储氢等3种。图1给出了目前所采用和正在研究的储氢材料的储氢质量分数和体积储氢密度[5],分析图1可以看出,除液氢储存外,还没有其它技术能满足上述要求。因此,发展高能量密度、高效率和安全的氢储运技术是目前研究的热点和必须解决的关键技术问题。下面对目前所研究或采用的主要储氢材料与技术作介绍。页脚图1主要储氢材料与技术的储氢质量分数和体积密度Fig1Massfractionandvolumetricdensityofsomehydrogenstora
5、gematerialsandtechnologies2储氢材料的种类及研究进展2.1高压压缩储氢材料2.2液态储氢材料2.3固态储氢材料2储氢材料的种类及研究进展2.1高压压缩储氢材料根据气体状态方程,对于一定量的气体,当温度一定时,页脚升高压力会减小气体所占的体积,从而提高氢气密度。高压钢瓶储氢就是基于这一原理的一种常用的氢气储存方法。高压气态储氢是一种应用广泛、简便易行、技术相对成熟的储氢方式,而且成本低,充放氢速度快,在常温下就可进行。近年来开发了一种有纤维复合材料组成的新型耐压储氢容器，其储氢压力
6、可达20~60MPa。这种耐压容器是有碳纤维、玻璃、陶瓷及金属组成的薄壁容器，质量储氢容量可达到5%~10%。但其缺点是需要厚重的耐压容器,并要消耗较大的氢气压缩功,存在氢气易泄漏和容器爆破等不安全因素；另外,还需要解决阀体与容器的接口及快速加氢等关键技术。因此高压压缩储氢容器还需要进一步发展。一个充气压力为15MPa的标准高压钢瓶储氢质量仅约占110%;供太空用的钛瓶储氢质量分数也仅为5%。可见,高压钢瓶储氢的能量密度一般都比较低。近年来开发的由碳纤维复合材料组成的新型轻质耐压储氢容器,其储氢压力可达3
7、5~70MPa。耐压容器是由碳纤维、玻璃、陶瓷等组成的薄壁容器,其储氢方法简单,成本低,储氢质量分数可达5%~10%,而且复合储氢容器不需要内部热交换装置。现在正在研究能耐压80MPa的轻型材料,这样,氢的体积密度可达到36kg/m3。但这类高压钢瓶的主要缺点是需要较大的体积和如何构筑理想的圆柱形外形;另外,还需要解决阀体与容器的接口及快速加氢等关键技术。因此高压压缩储氢容器还需要进一步发展。我国浙江大学研制成功5m3固定式高压(42MPa)储氢罐,服务于北京奥运会的氢燃料示范车加氢。2.2液态储氢材料液
8、态储氢材料有低温液态储氢材料；机液体储氢和无水液氨储氢等,由于具有原料容易储运、加注和携带,能量转换效率较高,能量密度大和安全可靠性等明显优势,页脚被认为是短期内最具现实意义的燃料电池移动氢源现场制氢技术之一。2.2.1低温液态储氢材料低温液态储氢具有较高的体积能量密度。常温、常压下液氢的密度为气态氢的845倍,其体积能量密度比压缩储存要高好几倍,与同一体积的储氢容器相比,其储氢质量大幅度提高。液氢储存工艺特别适于储存空间有限
