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固态储氢新突破,氢能发展进入高速轨道(二)

固态储氢新突破,氢能发展进入高速轨道(二)

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  • 发布时间:2023-03-17 10:33
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显然,在高压氢气储存中,压力越高,每单位体积储存的氢气就越多。目前,该行业的顶级产品是700Bar高压IV储氢瓶,其压力几乎相当于700米深海底的压力。相比之下,充气轮胎压力只有2.5巴,一般潜艇的最大潜水深度只有300米。因此,气态高压氢气储存对储罐材料和密封提出了很高的要求。

例如,Mirai的储氢装置具有四层结构,由内部包裹塑料内衬的铝合金和外部的碳纤维增强塑料保护层(CFPR)组成。在保护层的外面还有一个玻璃纤维阻尼层。一个装有5公斤氢气的氢气罐重量超过100公斤,氢气储存质量仅为5%左右。堆积密度也不容乐观。

另一个正确的术语是氢脆。氢脆是指氢在高温和高压(300℃和30 MPa)下渗入金属材料,导致金属机械财产下降、诱发开裂或延迟断裂。目前,氢气瓶存在这种风险,使用寿命有限。

为了向该高压氢罐充入氢气,还需要高压氢化装置和合适的供应和运输系统。

尽管存在各种缺点,但这项技术目前是最成熟的,对储氢的要求和成本相对较低。目前,所有的燃料电池汽车,如丰田的Mirai、Hyundais NEXO等。,这个解决方案。

第二种类型是液态氢的储存。在常温常压下,液态氢的密度是气态氢的845倍。然而,与氮气和二氧化碳不同,氢气可以通过压力液化。氢气液化的临界温度低至234摄氏度,任何高于临界温度的压力都不能使氢气液化。这消除了直接在车辆上使用液氢存储器的可能性。

然而,液氢在纯度和长途运输方面具有良好的经济优势,无法在车辆上使用。然而,氢气加注站可能是有用的。

第三种类型是固体氢气的储存。

正如锂电池正在向固态电池发展一样,储氢技术也在向固态存储发展。固体氢的储存也可以进一步细分。一种是活性炭、碳纳米管和碳纳米纤维基材料对氢气的物理吸附。除了金属有机支架(MOFs)和共价有机支架(COFs),它们具有用于捕获和储存氢气的微孔网格,这些材料目前正在实验室研究中。

一种COF材料TpPa-1

另一种方法是使用金属氢化物来储存氢气。金属氢化物储氢的最大优点是体积密度相对较高。一块体积的金属在常温常压下可以储存近千量的氢气,其体积密度甚至优于液氢。

POWERBASE使用此方法。金属中储氢的原理与氢脆现象有些相似。在某些条件下,氢穿透金属内部并与金属反应生成金属氢化物,金属氢化物以原子状态储存在金属结晶点内。这个过程是可逆的,可以吸收和释放氢气。氢金属存储有着悠久的研究历史,我们常用的镍氢电池是典型的金属氢化物应用。

氢与大多数金属结合的能力意味着大多数金属都有储存氢的能力。然而,为了实现吸氢和脱氢的可控性和可逆性,金属储氢技术通常需要几种金属成分的合金,其中一些具有强吸氢能力的金属(A类),如Mg、Ti、Zr、Ca、Re等。另一部分为Fe、Co、Ni、Cr等吸氢能力较弱的金属(B类),用于调节反应生成热和分解压力。

近几十年来,已经开发出了多种合金,但合适的工业生产如氢气吸收和解吸条件、体积密度、质量密度和成本都不多,主要包括镁系列、镧镍稀土系列、钛系列和锆系列。

其中,以分子量相对较低的金属镁为基础的镁基合金是第一种。镁基合金具有高的储氢质量和体积密度以及大的镁储量和低成本。然而,镁基储氢合金的吸收和解吸条件相对苛刻。如POWERBASE报告所述,有必要在约350°C的高温和五到六倍大气压下与氢化镁反应。

此外,POWERBASE产品在250℃下也可以稳定,这也代表了该产品的高活化条件,使其在车辆条件下难以释放氢气。

然而,独特的体积优势仍然使金属储氢成为一个热门的发展趋势,尤其是对于燃料电池汽车。有一天,燃料电池汽车只需行驶到加氢站,更换一盒储氢合金来补充能量。更换后的储氢合金可以进行加工、重新填充和转售。这种富有想象力的观点确实令人向往。

 

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