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储氢技术简析

信息来源:金联创 2020-01-19 12:19:35
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高效储氢技术是加氢站氢储备系统的关键环节,储氢方式分为物理储氢和化学储氢两大类。物理储氢分为,高压氢气储存、低温液氢储存以及吸附储存。化学储存分为,金属氢化物储氢、有机液氢化物储氢以及无机物储氢。

其中,高压气态储氢技术已成为较为成熟的储氢方案,我国现有加氢站全部采用高压气态储氢方式。高压储氢瓶的发展主要经历了金属储氢瓶金属内衬纤维缠绕储氢瓶以及全复合储氢瓶等三个阶段,全复合纤维缠绕结构的轻质高压储氢瓶是未来发展的主要方向。目前我国20 MPa钢制氢瓶已得到广泛的工业应用。加氢站加注压力为35 MPa时,其储气瓶的压力通常为40-45 MPa,加注压力为70 MPa时,储气瓶的压力通常为80-90 MPa

低温液态储氢技术是将氢气压缩后冷却到-252 ℃以下,使之液化并存放在绝热真空储存器中。与高压气态储氢相比,低温液态储氢的质量和体积的储氢密度都有大幅度提高,通常低温液态储氢密度可以达到5.7%。仅从质量和体积储氢密度分析,运输能力是高压气态氢气运输的十倍以上。

在欧美日等国家,液氢应用相对比较成熟,在运输、加氢站和车载中都有应用。我国液氢目前主要应用在航天领域,以及少数的电子行业。航天101所在液氢的制备、储运、应用上都有成熟的经验。相关部门正在研究制定液氢民用标准,车用液氢技术研究正在进行中,未来液氢将应用在一些长途、重型商用车,以及加氢站中。

金属氢化物储氢适用于对重量不敏感领域,该技术利用过渡金属或稀土材料与氢反应,以金属氢化物形式吸附氢,然后加热氢化物释放氢。当金属单质作为储氢材料时,能获得较高的质量储氢密度,但释放氢气的温度高,一般超过 300 ℃。为了降低反应温度,目前主要使用 LaNi5 Ml0.8 Ca0.2 Ni5 Mg2NiTi0.5V0.5MnFeTiMg2Ni AB5 A2BAB 型合金,合金储氢材料的操作温度均偏低,质量储氢密度为1~4.5%。由于储氢合金具有安全、无污染、可重复利用等优点,已在燃气内燃机汽车、潜艇、小型储氢器及燃料电池车中开发应用。虽然金属氢化物储氢在车上已有应用,但与2017DOE制定的储氢密度标准相比,差距仍较大。将其发展成为商业车载储氢还需进一步提高质量储氢密度,降低分解氢的温度与压力,延长使用寿命等。

有机液体储氢技术借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气产生可逆反应实现加氢和脱氢。与常见的高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢材料储氢相比,有机液体储氢具有以下特点:(1)反应过程可逆,储氢密度高;(2)氢载体储运安全方便,适合长距离运输;(3)可利用现有汽油输送管道、加油站等基础设施。有机液体储氢关键在于选择合适的储氢介质。目前研究中主要采用的储氢介质包括环乙烷、乙基咔唑等。环己烷利用苯--环己烷可逆化学反应来实现储氢,具有较高的储氢能力,在常温下为液态,脱氢产物苯在常温常压下也是液态,方便运输。甲基环己烷脱氢产生氢气和甲苯,且甲基环己烷和甲苯在常温常压下都是液体,因此,甲基环己烷也是比较理想的储氢载体。液体有机储氢材料最大的特点就是常温下为液态,能够方便地运输和储存。

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