碳基儲氫材料的技術研究及展望

付東升

(中國石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)

氫能具有資源豐富、高熱值、無污染、可再生的優點，是理想的新一代清潔能源。與化石能源相比，氫氣燃燒發熱量為28700kcal·kg-1，優質煤炭為8000kcal·kg-1，汽油為10630kcal·kg-1，天然氣為11930kcal·kg-1。氫能利用的關鍵技術在于儲存，全世界科學家投入大量的精力，以開發安全經濟的儲存技術，現有氫氣的儲存方法有液化儲存、壓縮儲存、金屬氫化物儲存、吸附儲存等。

在作為結構材料的高壓壓縮氫氣儲存技術領域，以及作為功能材料的吸附儲存技術領域中，碳基材料都發揮著關鍵的作用，也是過去幾十年的研究焦點。

1 功能型碳基儲氫材料

功能型碳基儲氫材料是依據碳基吸附材料可在低溫條件下物理吸附儲氫，高溫下氫氣解吸附的原理，進行氫氣的儲存和利用。碳基吸附材料的比重輕，對氫氣的吸附量大，經濟性好，對氣體中的雜質不敏感且可以循環使用。碳基吸附儲氫材料主要有活性炭、活性炭纖維、納米碳材料三大類。

1.1 活性炭

活性炭是黑色粉狀、顆粒狀或者柱狀的多孔碳材料，具有無定形的微觀結構和很大的比表面積。活性炭儲氫是利用超臨界氣體的吸附原理，活性炭儲氫的研究主要在低溫領域，研究多集中于超高比表面積及發達孔隙結構的超級活性炭。超級活性炭儲氫技術始于20世紀60年代，是以具有超高比表面積的活性炭為吸附劑，在中低溫（77～273K）和中高壓（1～10MPa）下的吸附儲氫技術。圖1是氫在超級活性炭上的吸附等溫曲線。……