氫氣儲存方法的現(xiàn)狀及發(fā)展

于忠華，云 建

（1.慧瞻材料科技大連有限公司，遼寧 大連 116600；2.驪住通世泰建材（大連）有限公司，遼寧 大連 116600）

1 氫氣儲存方法的現(xiàn)狀

（1）壓縮儲氫。當(dāng)前，一種較為常見的氫氣儲存方法就是加壓壓縮儲氫，一般來說都是使用質(zhì)量較大的鋼瓶作為容器。但是因?yàn)槠錃錃饷芏容^低，所以儲氫效率不高，將壓力增加到15MPa時，質(zhì)量儲氫密度在3%以下。而對于移動用途來說，將氫氣壓力提高來增加其攜氫量則容易致使氫脆情況出現(xiàn)或是氫分子在容器壁逸出。所以近幾年對該種存儲方法進(jìn)行研究，一方面是優(yōu)化容器材料，讓使用的容器耐壓更高，且自重更輕，并能夠降低氫分子透過容器壁的幾率，切實(shí)防止氫脆情況出現(xiàn)。當(dāng)前主要使用的是外面包覆浸有樹脂，鍛壓鋁合金為內(nèi)膽的碳纖維作為儲氫容器。另一方面研究在于將部分吸氫物質(zhì)添加至容器內(nèi)，用以將儲氫密度有效提升，一旦壓力減小，便能夠自動釋放氫出來。

（2）液化儲氫。在一般壓力情況下，液氫熔點(diǎn)在-253℃，而在-253℃和正常壓力情況下氣態(tài)氫能夠液化成液態(tài)氫，而液態(tài)氫密度是氣態(tài)氫的845倍，且每kg液氫熱量是汽油的3倍，所以液態(tài)儲氫非常適合用在儲存空間較為有限的場所，例如汽車發(fā)動機(jī)、航天飛機(jī)用的火箭發(fā)動機(jī)等運(yùn)輸工具當(dāng)中。但是液化儲氫需要使用到超低溫用的特殊容器，如若所使用的容器絕熱與裝料達(dá)不到相應(yīng)要求則容易致使大量蒸發(fā)損失。所以當(dāng)前研究重點(diǎn)在于研究高度絕熱的儲氫容器。

（3）空心玻璃微球儲氫。結(jié)合實(shí)踐來看，空心玻璃微球具有一個特點(diǎn)，即高溫狀態(tài)（300～400℃）呈現(xiàn)出多孔性而常溫狀態(tài)則是非滲透性。而空心玻璃微球的這個特點(diǎn)在當(dāng)前技術(shù)水平下可以用于儲存氫氣。首先，空氣玻璃微球放到10～200MPa的高壓狀態(tài)中，然后利用設(shè)備將氫氣加熱到200～300℃壓進(jìn)玻璃微球里面，最后待壓力和溫度降低下來氫氣擴(kuò)散性便因此降低了，這樣空心玻璃微球中便完成了氫氣儲存。通過對相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究可知，空心玻璃微球在一定條件下（比如62MPa或370℃等情況），微球之中儲氫含量可達(dá)95%左右。而要想使用氫氣的時候只需使用加熱儲器即可。相較于別的儲氫方法，空心玻璃微球具有使用較低成本、穩(wěn)定性強(qiáng)以及儲氫能力高等優(yōu)點(diǎn)，使其成為了當(dāng)前氫氣儲存行業(yè)一個重點(diǎn)研究方向。

（4）金屬氫化物儲氫。氫幾乎能夠和元素周期表上的惰性氣體外的其他元素發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)氫化物，而部分金屬間化合物、合金、過渡金屬等因?yàn)槠涮厥獾木Ц窠Y(jié)構(gòu)等因素，在特定條件下，氫原子能夠進(jìn)到金屬晶格的四面體或八面體間隙中生成金屬氫化物。在1×106Pa壓力下，金屬氰化物有著儲氫能力在100kg/m3以上不過因?yàn)榻饘倬哂休^大密度，從而使得氫的質(zhì)量在2%～7%左右。除此之外，因?yàn)闅洳豢赡鎿p傷，所以在使用金屬儲氫方式是常常會出現(xiàn)氫沉淀、高溫氫腐蝕、氫化物致使的脆性、氫化物析出而導(dǎo)致的彈性畸變、氫致馬氏相變等大大縮短了儲氫金屬的使用壽命。當(dāng)前，該項技術(shù)正朝著研發(fā)更便宜、更輕的金屬材料、縮短金屬氫化物對氫的充放市場、降低因?yàn)槌浞艢漕l率過快而損害到儲存系統(tǒng)、有效結(jié)合壓縮儲氫與金屬氫化物以更好的提高氫氣存儲數(shù)量與效率等方向發(fā)展。

2 氫氣儲存的發(fā)展探究

總得來說，作為氫能利用的一項關(guān)鍵技術(shù)，氫氣儲存的成本、效率以及含量等等都直接決定著氫能是否得到更好地利用。雖然從實(shí)際情況來看，現(xiàn)階段氫氣存儲在技術(shù)、材料等方面距離氫能實(shí)用化還有很長的道路要走。但在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的背景之下，氫氣儲存領(lǐng)域也取得了不小的進(jìn)步。以氫氣儲存方式來說，在現(xiàn)實(shí)中氫氣儲存行業(yè)上有著多種方式。①壓縮的方式相比于液化具有眾多優(yōu)點(diǎn)，比如效率高、成本低以及帶來環(huán)境污染低等等；于液化儲氫方式雖然成本相比于壓縮成本要高的多，但其能量密度卻很高，所以它被應(yīng)用在航空以及軍事領(lǐng)域當(dāng)中；③金屬氫化物方式缺點(diǎn)在于成本較高、質(zhì)量大，但其優(yōu)點(diǎn)則是儲氫密度是當(dāng)前所有方式最大的，高達(dá)100kg/m3；④碳質(zhì)吸附方式。該方式是氫氣儲存領(lǐng)域最新的技術(shù)，雖然其仍處在初期研究時期，但碳質(zhì)吸附方式所具有儲氫機(jī)理、條件簡單以及含量高等諸多優(yōu)點(diǎn)是使成為了氫氣儲存行業(yè)中的一個重點(diǎn)研究及發(fā)展方向。另外，氫氣儲存今后一個重點(diǎn)發(fā)展方向在于實(shí)現(xiàn)更高的安全性，為此當(dāng)前在存儲介質(zhì)材料、安全標(biāo)準(zhǔn)等方面都有著很大的研究。

3 結(jié)語

總而言之，在能源極為緊缺的今天，氫氣作為一種來源廣泛、儲量豐富、具有較高能量密度的綠色能源正逐步受到社會的關(guān)注。在常溫常壓裝填下，氫是以氣態(tài)形式存在，密度是空氣的1/14，所以如何有效儲氫是一個關(guān)鍵問題。文章對當(dāng)前我國氫氣儲存方法的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行分析與探討，希望能起到拋磚引玉作用。

參考文獻(xiàn)

［1］張超，魯雪生，顧安忠.天然氣和氫氣吸附儲存吸附熱研究現(xiàn)狀［J］.太陽能學(xué)報，2004，25（2）：249-253.