三氫化鋁應用于燃料電池的研究進展

鄭陽昊，李和平，2，劉建忠，梁導倫，周俊虎

（1 浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室，浙江杭州310027；2 杭州電子科技大學能源研究所，浙江杭州310018；3 東南大學能源熱轉換及其過程測控教育部重點實驗室，江蘇南京210096）

與常規電源相比，燃料電池具有能量轉化效率高、污染少、噪聲小、裝置靈活等優勢，具有廣泛的應用前景。但迄今為止，燃料電池的主要問題仍然在于燃料的制取和儲運。氫氣是一種清潔、高效的燃料，被廣泛應用于燃料電池。然而傳統的高壓儲氫受到儲罐質量和潛在泄漏的限制，液氫的存儲及車載運輸存在安全問題，因此亟需開發一種緊湊、安全的新型儲氫材料作為燃料電池氫源的儲氫介質。AlH3是一種二元共價氫化物，被認為是最有前途的能源材料之一[1]。AlH3的密度為1.48g/cm3，其中氫的質量密度為10.08%，體積密度為0.148kg/L，在相同的體積下儲氫量是液態氫的兩倍以上，是高壓儲氫的三倍[3]。與儲氫量不足3%（質量分數）的AB5型儲氫合金相比，AlH3儲氫容量高且質量輕，可以釋放出高純度的氫，非常適合應用于燃料電池。

本文闡述了AlH3合成、釋氫性能、儲氫裝置及系統的研究進展，著重介紹了AlH3作為燃料電池儲氫材料應用于汽車、便攜式電源的新進展，并提出下一步的研究重點是降低制造成本、提高釋氫性能、實現釋氫過程可控及開發高效再生方法。

1 AlH3簡介

1.1 AlH3物理化學性質

AlH3有α、α'、β、δ、ε、γ、ζ 七種晶型，其中α?AlH3具有六角或立方晶型，穩定性最好，研究最多，是實際應用中最理想的晶型[2]。無特殊說明，本文提到的AlH3均指α?AlH3。AlH3通常為白色或灰白色粉末，可溶于乙醚與四氫呋喃（THF），在水中水解緩慢，純的AlH3幾乎不與水反應。AlH3在空氣中表面容易氧化形成Al2O3薄膜，有效地封裝了所含的氫，在室溫下可以穩定儲存較長時間不會變質。當加熱到一定溫度（約150℃）時，AlH3分解生成金屬鋁并釋放出氫氣，如式(1)。

式(1)中氫氣的平衡壓力很大，反應不容易逆轉。在實際操作條件下，需要施加超過2.5GPa 的氫氣壓力使Al 重新氫化成AlH3[4?5]，因此必須對其進行化學處理以實現再生。

1.2 AlH3合成與再生

目前合成AlH3最常用的方法是Brower 等[6]于1976 年開發的液相有機化學合成法，其原理是利用過量的LiAlH4在無水乙醚溶液中還原AlCl3制得AlH3的乙醚絡合物，脫醚轉晶得到非溶劑化的穩定的AlH3。該方法需要較多鋁氫化物與有機溶劑，合成成本較高，但反應迅速，產率高，易于分離提純，因此仍是工業上應用較多的合成路線。

此外，近些年發展了許多其他合成AlH3的方法，如直接高壓氫化法、絡合加壓法、烷基鋁轉化法等。直接高壓氫化法[7]以鋁和氫氣在高溫高壓下直接反應生成AlH3，但反應條件苛刻，產生的晶型比較難以控制，要想實現大規模的制備還有很長的路要走。絡合加壓法[8]是在催化劑和叔胺存在下，使鋁和氫氣在較溫和的條件下反應生成AlH3的叔胺加合物，但進一步制備純凈的穩定態AlH3尚存在一定困難。烷基鋁轉化法[9]是在烷基鋁的存在下，在低于100℃、約12MPa 壓力下給鋁加氫制備AlH3，不僅成本較低，而且沒有廢棄物產生。改進的烷基鋁轉化[10]明顯優于傳統有機化學法，是目前AlH3制備工藝的最高水平，為傳統合成路線提供了有希望的低能耗替代方案。

電化學法是一種新興的比較有前景的AlH3再生方法，Zidan 等[11?12]通過電解NaAlH4的THF 溶液制備AlH3，設計了一個可再生AlH3的電解循環，實現了AlH3的可逆合成。此外，將AlH3制成致密漿料進行車外再生也是一種有吸引力的儲氫方法，因此需要進一步開發新的再生技術，例如通過高逸度電解方法將廢鋁經濟地氫化為AlH3。

2 AlH3釋氫性能及改進

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是發展最早也最受人們青睞的燃料電池之一，可作便攜式電源，也可作為航天、潛艇、電動汽車等領域的動力電源。目前常用的質子交換膜燃料電池（PEMFC）一般在50～80℃內工作。考慮到經濟和環境因素，美國能源部（DOE）認為儲氫材料釋氫溫度在60～120℃時具有商業應用可行性[13]。因此，欲使AlH3作為燃料電池的儲氫材料，必須保證其在較低的溫度和壓力下以合適的速度釋放氫氣。

2.1 釋氫溫度

已有的研究表明，由于粒徑、氧化層、球磨、摻雜、氣氛、壓力等因素的影響，AlH3的釋氫溫度在60～200℃不等。Brower 等[6]于早期制備了粒徑100μm 的大顆粒AlH3，測得其釋氫溫度在175～200℃，相對于PEM 燃料電池的工作溫度仍然較高，限制了AlH3的應用。

Sandrock 等[14]研究了球磨和摻雜少量堿金屬氫化物（如LiH）對AlH3釋氫性能的影響。未處理的AlH3釋氫溫度為175～200℃，球磨1h后，AlH3平均顆粒直徑達到1μm 左右，釋氫溫度降低到125～175℃。在球磨后的AlH3中摻雜10%和20%LiH，樣品的釋氫溫度又降低了40～50℃。摻雜20%LiH的AlH3甚至在100℃以下仍有明顯的釋氫，盡管最終釋氫量小于7%（質量分數），但可以應用于車輛儲氫。

Sandrock 等[15]進一步研究發現，用LiH 或LiAlH4球磨后AlH3的起始釋氫溫度為65℃。采用75%AlH3+20%LiH+5%TiCl3的摩爾比摻雜改性的AlH3球磨后在室溫條件下即可穩定釋氫。程序控溫釋氫實驗（TPD）顯示其在燃料電池工作溫度范圍內的釋氫性能足夠高，具有良好的應用前景。

陳田等[16]通過摻雜鈮基添加劑對AlH3進行了改性，發現添加Nb、NbC 后AlH3的起始釋氫溫度降低到90～95℃。手工研磨的AlH3+1%（摩爾分數）NbF5樣品的起始釋氫溫度降低至60℃，并在140℃時釋氫完全，這使得AlH3在燃料電池中的應用又前進了一步。

Ojwang等[17]通過研究發現，AlH3釋氫溫度與顆粒大小有很大的關系。當AlH3的粒徑減小到納米級時，其表面能增加，氫氣擴散距離減小，釋氫性能顯著提高。Paskevicius 等[18]的研究顯示，通過球磨制備的AlH3納米顆粒能夠在室溫下緩慢解吸，并且在50℃時會有顯著釋氫。Wang 等[19]使用四辛基溴化銨（TOAB）作為穩定劑，在10MPa 的氫氣壓力下由三乙基鋁（Et3Al）分解制得了納米級AlH3，在40℃即可釋放出氫氣。Wang 等[20]還進一步研究了納米限域對AlH3釋氫性能的影響。AlH3被限制在高表面積石墨（HSAG）的中孔內，該復合材料從60℃開始釋氫，并在155℃達到峰值，相比塊狀AlH3低了50℃。

2.2 釋氫速率

針對燃料電池的實際應用需求，美國能源部（DOE）提出了0.02g/(s·kW)的H2全流量目標，大顆粒AlH3約150℃才能達到要求的釋氫速率。Graetz 等[21]研究發現，在115℃和0.2MPa 條件下，100kg粒徑為0.1μm的純α?AlH3和γ?AlH3的釋氫速率約為1g/s，達到了美國能源部（DOE）對50kW燃料電池的性能要求，見圖1。

Graetz等[23]還通過有機合成方法制備了α?AlH3、β?AlH3和γ?AlH3，研究了其在60～140℃的等溫釋氫速率。在100℃或更高的溫度下，三種晶型的AlH3釋氫速率相似，不穩定的β?AlH3和γ?AlH3先轉變為α 相再分解釋氫。當溫度低于100℃時，β?AlH3和γ?AlH3直接分解為Al和H2，釋氫速率比α相快得多。對于一些需要儲氫材料在較高溫度下保持穩定的應用（如汽車），β?AlH3和γ?AlH3可能不太適合，但是可以考慮將其用于低溫、低功率的小型燃料電池。

圖1 粒徑為0.1μm和50μm的AlH3的釋氫速率及相應的掃描電子顯微鏡圖像（虛線表示外推區域）［22］

李玉玲[24]通過改進傳統的液相有機溶劑法合成了粒徑60nm 的納米級AlH3，計算得到其等溫釋氫活化能Ea=(93.23±0.81)kJ/mol，與微米和亞微米級AlH3顆粒相比明顯降低。較低的活化能意味著更快的釋氫速率，因此可以通過減小粒徑或者合成粒徑更小的AlH3來提升其釋氫速率。

Herley 等[25?27]研究了AlH3在熱、光作用下的分解特性及動力學，發現AlH3的分解曲線呈S形，可分為誘導期、加速期和衰退期三個階段，其中誘導期和衰退期曲線平緩，釋氫速率較慢；加速期釋氫速率最大，釋氫量最多。橋邦彥等[28]研究了AlH3在80～140℃下的釋氫特性，發現在140℃下釋氫時，誘導期約為2min，但在80℃下約為70min。由此可見，可以縮短誘導期來改善AlH3釋氫性能。Gabis等[29]研究也表明，溫度越高，誘導期越短，通過加熱AlH3然后冷卻的熱活化方法可以縮短誘導期，提高AlH3的釋氫速率。

此外，AlH3在受到熱、輻射、紫外光等外界能量的刺激時會發生分解。Herley等[25?27]的研究表明，與未經處理的樣品相比，經紫外光照射的AlH3活化能降低了15%～20%[30]，釋氫速率明顯提升。Gabis 等[31?32]也研究了紫外光對AlH3釋氫的影響，比較了相同溫度下有無紫外光照射的AlH3分解曲線，發現經紫外光照處理的AlH3的誘導期更短，釋氫速率更高，更快達到釋氫完全。

用于燃料電池的AlH3不僅必須在低溫下快速釋氫，還必須可調控，以適應燃料電池的實時需求。Graetz[22]研究發現，粒徑為0.1μm 的AlH3在低于60℃時即有分解，而50μm 粒徑的樣品在130℃以上時才開始分解，且釋氫速率慢兩個數量級，如圖1。這些結果表明，可以通過控制粒徑來調節AlH3的釋氫速率。

Graetz[33]還發現，可以通過改變反應溫度來控制AlH3的釋氫過程。如圖2所示，當反應溫度降低時，釋氫速率放慢，到室溫時反應幾乎停止；當反應器重新加熱到反應溫度120℃時，釋氫速率回到之前的水平。這意味著可以使AlH3在23～115℃之間的某一溫度下分解得到0～1.0g/s之間任意的釋氫速率，因此經過進一步改性，AlH3的釋氫性能基本可以滿足氫燃料電池汽車的使用要求。

圖2 通過溫度控制AlH3釋氫過程的開始和停止［33］

在此基礎上，Graetz 等[34]建立了AlH3受控分解的速率方程，可以通過調節溫度獲得恒定的釋氫速率。圖3 顯示了AlH3在不同的溫度下以1%/h（質量分數）的速率穩定釋氫的過程，此時釋氫量隨時間線性增加。

圖3 速率為1%/h的穩定釋氫［34］

此外，還可以將AlH3制成漿料的形式，通過控制泵送到反應器中漿料的量和泵送速率來調控釋氫速率。美國布魯克海文國家實驗室（BNL）成功地用乙二醇二丁醚（C10H22O2）制備了含20%（質量分數）AlH3的漿料，發現漿料中的AlH3比純AlH3具有更快的釋氫速率，并且Ti 摻雜可以催化漿料分解釋氫，在100℃時100s內可釋氫完全[35]。

可見，AlH3實際用于燃料電池，不僅需要其在較低溫度下快速釋氫，還要求釋氫速率可調節，以滿足不同工況的需求。已有研究表明，AlH3的釋氫特性取決于許多因素，包括粒徑、摻雜劑、晶體缺陷、溫度和升溫速率等[36?42]。因此，有待進一步研究這些因素影響AlH3釋氫性能的規律和機制，為降低AlH3釋氫溫度、提高釋氫速率和釋氫率及AlH3用于燃料電池提供理論基礎和技術保障。目前有關光處理、納米限域和釋氫調控手段的研究相對較少，這也為今后的研究指明了方向。

3 AlH3儲氫裝置及系統

3.1 AlH3儲氫容器

AlH3的分解焓僅約7.6kJ/mol[43]，這意味著AlH3在實際壓力下釋氫所需的熱量很少，可以從燃料電池提取余熱提供分解所需熱量。對于小型燃料電池，可以將儲氫容器設計為從周圍環境中提取熱量，從而消除了對換熱器的需求，并允許該裝置在室溫下運行。

日本制鋼所與日本東北大學金屬材料研究所[28]對AlH3顆粒進行沖壓成型，研制了55%高充填率的小型儲氫容器，成功建立了基于AlH3的儲氫系統。如圖4 所示，該儲氫容器質量為39g，外形尺寸40mm×60mm×5.5mm， 容 積8.5cm3， 可 貯 藏12.9L 氫氣。與填充AB5型儲氫合金（LaNi5等）相比，AlH3可多貯藏52%的氫氣，且質量減少57%，加熱到80℃時能釋放出相當于AB5合金1.8 倍的氫氣[44]。該容器小且輕，可面向便攜終端，有望應用于一次性電池。日本制鋼所今后將研究在AlH3中添加其他元素并通過表面處理降低釋氫溫度，目前的問題在于AlH3是在實驗室中制造的，成本高達每克數千日元，今后需通過擴大制造規模來降低成本。

圖4 裝有AlH3的小型儲氫罐［28］

如前所述，通過調節溫度可以控制AlH3釋氫速率，因此要求儲氫容器具有快速熱響應性能。然而車用儲氫系統無法快速加熱或冷卻，為了調控釋氫速率，可以使用多個儲氫容器或盒式系統，以靈活調用所需儲氫容器。另一種方法是使用可泵送的AlH3粉末或漿料系統。

Strizki 等[45]開發了使用容積交換概念設計的儲氫罐。該儲氫罐可同時存儲新鮮AlH3漿料和廢漿料，僅允許氫氣通過的滲透膜將罐的進料側與廢料側分開。應用于儲氫系統時，新鮮AlH3漿料可以從罐的進料側泵送到脫氫反應器中產生氫氣，然后返回到罐的廢料側。廢漿料可以從儲氫罐中取出并進行車外再生。使用容積交換式儲氫罐的優勢在于，儲氫罐的總體積減少了一半，可以在常溫（＜60℃）、常壓（約1 個大氣壓）下工作，因此罐體可以由輕質聚合材料制成，減輕了系統質量。

3.2 AlH3儲氫系統

儲氫系統的開發一直是儲氫材料用于燃料電池的關鍵技術之一。美國薩凡納河國家實驗室（SRNL）[46]開發了基于AlH3的100W燃料電池系統，其中氫源由一個含大約22g AlH3的小型儲氫容器提供。基于該系統令人滿意的性能，SRNL 將規模擴大到含240g AlH3的150W商用燃料電池系統。該系統能夠在接近滿功率的情況下運行超過3h，降低功率后又可以運行幾個小時，這證明AlH3適合用于小型商用燃料電池。SRNL 面臨的最大挑戰之一是商業AlH3數量有限，且生產成本高昂，限制了其廣泛使用。

Graetz等[34]將填充有5g AlH3粉末的鋁罐連接到約1W的PEM燃料電池上，構建了基于AlH3的儲氫系統。該系統可在約7h 內提供恒定的氫氣流量和幾乎恒定的氫氣壓力，并以穩定恒定輸出為兩個小風扇和一個小水泵供電，輸出功率約0.8W，比能量為1.1kW·h/kg。

Teprovich等[47]開發了一種可利用AlH3的熱分解與水解兩步反應釋氫的新系統。第一步是加熱AlH3與NaAlH4或NaH 等添加劑構成的混合物，AlH3熱分解釋氫同時生成副產物Al*（活性鋁）；第二步向Al*和添加劑中添加水，添加劑迅速水解并產生足夠的熱量和H2啟動燃料電池，Al*在添加劑水解提供的堿性環境下水解繼續釋放H2。此外，還可以通過一步反應將水直接添加到AlH3和添加劑構成的復合材料中，添加劑提供的堿性環境可以去除AlH3的表面氧化層促進水解。與兩步反應系統相比，這種一步反應釋放的H2量更大，而且水解反應會產生少量水蒸氣，營造潮濕的環境，這對質子交換膜（PEM）燃料電池的運行非常有利。

基于相似的原理，劉洪新等[48]開發了一種利用AlH3制備氫氣的裝置。該裝置包括儲罐、罐蓋以及排氫管，其中儲罐內具有兩個獨立的腔室，可以分別放置加水產熱的鋁基水解制氫粉體材料和受熱產氫的AlH3。罐蓋可以向儲罐內提供水產生熱量，以便通過加熱AlH3而制氫。該裝置整體結構簡單，操作方便，便于攜帶，并且原料可以反復添加，從而使該設備可以重復使用。

目前國外已開發了不同規格的AlH3儲氫容器和相應的儲氫系統，并研究了AlH3漿料儲存方式以增強使用靈活性。但國內有關AlH3的研究主要集中于合成與釋氫性能方面，在工程應用上的研究較少，應當加強這方面的工作。另外，如何降低AlH3的制造成本、探索有效的再生手段以及使釋氫過程可控仍是制約其廣泛應用的重大障礙。

4 AlH3在燃料電池中的應用

4.1 車載式應用

美國能源部（DOE）對車載儲氫系統提出了2020 年的技術目標：系統儲氫質量密度和體積密度分別要達到4.5%和0.030kg/L，最終目標為6.5%和0.050kg/L，車載效率達到90%[49]，其中車載效率定義為輸送到燃料電池產生動力驅動車輛的氫氣量與儲氫系統產生的氫氣量的比值。除美國外，其他國家的汽車廠商也基本上以這樣的指標作為研發工作的導向。AlH3的體積儲氫密度為0.148kg/L，假設因儲氫系統自身空隙、內部換熱器和其他組件損失50%，系統的儲氫體積密度仍為0.074kg/L，比DOE 提出的2020 年車輛儲氫系統的體積密度目標高出一倍多，因此AlH3是一種很有潛力的車載儲氫材料。AlH3的缺點在于其釋氫后很難像儲氫合金那樣在車載狀態下吸收氫氣進行再生，因此必須更換新的AlH3來實現補給。

Ahluwalia等[50?51]提出可將AlH3漿料用于車載儲氫系統，并分析了使用70%AlH3漿料的車載儲氫系統的儲氫性能。圖5顯示了基于AlH3漿料的車載儲氫系統的模型。AlH3漿料儲存在容積交換式儲氫罐中，通過泵從儲氫罐輸出，預熱后在脫氫反應器中分解釋氫。氫氣在氣液分離器中分離后存儲在緩沖罐中，根據需要供應給燃料電池。廢漿料在換熱器中對新鮮漿料進行預熱，在廢熱交換器中進一步冷卻后返回儲氫罐。基于該系統分析了AlH3分解動力學、系統傳熱要求、啟動能量和時間、穩定性、氫緩沖要求、存儲效率，得出該系統可用的儲氫質量密度為4.2%，體積密度為49.8g/L，大致滿足DOE 提出的目標，是一種很有吸引力的車載儲氫方式。然而，在該方法被認為可行之前，需要解決70%AlH3漿料的制備、漿料穩定性、漿料在高于200℃時的分解動力學和氫損失及回收等問題。

圖5 使用AlH3漿料的車載儲氫系統模型［50］

Brooks 等[52]進一步通過額定功率為80kW 的燃料電池系統模型評估了使用50%AlH3漿料的儲氫性能。系統評估結果顯示，該AlH3儲氫系統車載效率在75%～85%，可以滿足DOE 大多數技術目標。漿料占儲氫系統質量的大部分，因此下一步可考慮通過增加漿料中AlH3的含量，使車載效率達到90%的目標值。Devarakonda 等[53]研究發現，在礦物油中添加60%AlH3制得的漿料仍可以保持流動性，有望應用于車載式儲氫系統。

2017年6月，美國Ardica公司開始與美國陸軍坦克車輛研發工程中心（TARDEC）合作，為一種全地形運輸車輛（FCATT）開發了基于AlH3的燃料電池系統。這輛車將使用一個15kW 的燃料電池，行駛里程達到100～300 英里（1 英里=1.609km）[54]。傳統的壓力儲氫罐太大，遙遠的加氣站對續航也是一個挑戰，如果使用AlH3提供所需的氫氣則沒有這些問題。

除車輛外，無人水下航行器（UUV）為AlH3燃料電池動力系統提供了另一個應用的機會。基于AlH3的儲氫系統幾乎沒有噪聲，非常適用于水下航行器。SRNL與Ardica公司聯合開發了Remus600型UUV，研究了基于AlH3的燃料電池動力系統的性能指標[55]。Remus600 直徑為32.4cm，功率為250W，系統空間分配如圖6所示。

圖6 Remus600 UUV系統空間分配（1英寸=2.54cm）［55］

該系統利用過氧化物產生的熱量使AlH3分解釋氫，進而驅動燃料電池，可提供兩倍于當前常規電池系統的能量。如果存儲足夠的AlH3，UUV 的運行時間可增加到44～60h。SRNL下一步將對儲氫系統進行全尺寸建模，以準確描述系統在各種運行條件下的傳熱和釋氫動力學，評估系統整體性能并優化運行條件；同時將對換熱器的設計進行修改，減輕系統質量以保持中性浮力，并為儲氫容器提供足夠的額定壓力。

4.2 在便攜電源中的應用

當前，軍事、工業和娛樂用途的背包、夾克和衣服中內置的便攜式動力系統有相當大的需求。改性后的AlH3可以在低于100℃時穩定釋氫，為PEM燃料電池提供安全和純凈的氫氣，非常適合應用于便攜式電源，特別是需要輕便緊湊型儲能系統的高價值便攜式電子產品。相較于常用的鋰離子電池，AlH3燃料電池系統能量密度更高。Graetz 等[33?34]基于一些小型原型系統，對使用AlH3的燃料電池系統的實際能量密度進行了合理估算，即使在相當保守的情況下，基于AlH3的燃料電池系統比能量與能量密度可達1kW·h/kg 和1.14kW·h/L，比性能最佳的鋰聚合物電池的比能量高出4倍，能量密度高出3倍，如表1所示。

Grew 等[56]評估了使用AlH3作為儲氫材料的30W 便攜式燃料電池系統的性能。該系統可提供20～25W的功率，使用0.4kg AlH3可連續運行約25h并提供600W·h/kg 和600W·h/L 左右的比能量和能量密度。如果另外添加2 個0.4kg 的環狀AlH3，系統的比能量和能量密度可以增加到約1000W·h/kg和1125W·h/L。可見，使用AlH3作為儲氫材料的便攜式燃料電池系統效果很好，但是當燃料電池系統故障或運行條件變化時，儲氫容器可能有超壓的風險，因此需要進一步研究材料特性和改進系統工程設計來解決其使用的安全問題。

表1 AlH3燃料電池系統與常規電池系統的比較[33?34]

Thampan 等[57]測試了為可穿戴式軍事設備開發的基于AlH3的燃料電池系統。該系統凈質量為0.698kg，體積為0.77L，最大連續輸出功率為20W，功率密度達32W/L，是有史以來士兵可穿戴配置中最高的。系統以20W的功率運行10h時，需要更換三個AlH3燃料盒。與其他可穿戴式系統（如鋰離子電池）相比，該系統利用高儲氫容量的AlH3熱分解與水解為低溫PEM 電池組提供H2，可以最大程度地提高效率和功率密度，質量明顯減輕。此外，該系統可以承受5%～100%額定容量的循環負載，且在操作過程中的表面溫度低于長期接觸溫度要求（49℃）[58]。

基于上述測試結果，美國Ardica公司與美國陸軍研究、開發和工程司令部（RDECOM）合作開發了基于AlH3的士兵可穿戴電力系統（WPS）[54,59]。如圖7所示，WPS具有小的、平坦的形狀，質量和體積分別為0.91kg 和0.74L，可以放置在士兵的背心或裝甲鋼板上。WPS 是混合系統，包含AlH3燃料盒、PEM 電池和一個內部電池。其中薄膜聚酰亞胺加熱器可根據負荷要求調節燃料盒加熱溫度，內部電池系統在更換燃料盒時也能立即通電和持續供電。WPS 在12～16.8V 的電壓下可提供20W 的連續直流功率[54]，在72h內1440W·h負載下能量密度高達582W·h/kg，比標準電池高出55%，性能優異。Ardica未來的研究工作應集中于減小厚度并提供靈活的外形，還應降低AlH3的成本以使其能廣泛應用于軍隊。

圖7 可穿戴式AlH3燃料電池系統（WPS）［54，59］

5 結語

燃料電池可以提供優質高效的動力，但需要配合安全、高容量且成本合理的儲氫系統才能使其更加實用。快速的低溫動力學、低的分解焓和高儲氫容量使AlH3成為很有前途的燃料電池儲氫介質。與其他燃料電池系統相比，AlH3燃料電池系統具有最高的能量密度，可以大大減輕系統質量，延長運行時間。但目前工業上的AlH3合成方法傾向于苛刻條件或價格昂貴的化學方法，且不容易再生，主要作為一次性的氫源用于軍事上的備用能源系統，尚未大規模應用。因此當務之急是提高產量和降低成本。此外，有必要進一步研究摻雜、球磨、光處理、納米限域等方法來提升AlH3的釋氫性能并對其釋氫過程加以調控，以滿足燃料電池對釋氫的要求。

AlH3是一種極有潛力的儲氫材料，越來越多的國家投入了AlH3的研究之中，以期在未來能源競爭中占領制高點。國外對AlH3的研究工作起步早，取得的研究成果也很多，而目前國內對AlH3的研究較少，特別是AlH3儲氫系統方面與國外比較存在較大差距，還有許多具體的工作等待著國內的科研工作者。最終，AlH3的大規模成功應用將取決于合成和再生程序的改進以及開發適用于燃料電池的緊湊高效的儲氫系統。