氫氣儲(chǔ)存的方法與發(fā)展探討

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅酒泉735000）

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氫氣儲(chǔ)存成為人們廣泛討論的話(huà)題，氫氣這種新能源對(duì)于我國(guó)的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，因此，如何高效安全存儲(chǔ)氫氣是我們必須關(guān)注的。本文分析了幾種主要的儲(chǔ)氫方式對(duì)其優(yōu)劣都進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，另外對(duì)于每種氫氣儲(chǔ)存方式的未來(lái)發(fā)展情況都進(jìn)行了探討。

氫氣儲(chǔ)存方法發(fā)展

社會(huì)飛速發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)水平也逐漸提高，因此在生產(chǎn)、生活中對(duì)能源的需求也越來(lái)越高。能源的使用以及未來(lái)發(fā)展都有待于我們工作者進(jìn)一步的探索和研究如何將能源使用與可持續(xù)發(fā)展相結(jié)合，在推動(dòng)人們生活質(zhì)量的同時(shí)也提高社會(huì)的環(huán)境質(zhì)量。氫氣儲(chǔ)存的方法以及其未來(lái)發(fā)展成為人們廣泛討論的話(huà)題，氫氣具有豐富的存儲(chǔ)量以及廣泛的來(lái)源。氫氣的存儲(chǔ)是氫氣能源使用過(guò)程中的一個(gè)重要部分，氫氣密度較小，其密度為空氣的1/14,這種綠色能源在常溫常壓下為氣態(tài)。目前，氫氣存儲(chǔ)的方法有許多種，主要有液化儲(chǔ)氫、琉璃微球儲(chǔ)氫、吸附儲(chǔ)氫、有機(jī)化合物儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫以及壓縮儲(chǔ)氫六種方法。這六種氫存儲(chǔ)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文將仔細(xì)分析這六種氫氣存儲(chǔ)方法并探討其未來(lái)發(fā)展前景。

1 琉璃微球儲(chǔ)氫

琉璃微球儲(chǔ)氫具有最明顯的特點(diǎn)是它十分適用于氫動(dòng)力車(chē)系統(tǒng)，琉璃微球儲(chǔ)氫發(fā)展前景廣闊。它能夠在低溫或者室溫的狀態(tài)下呈現(xiàn)非滲透性，在當(dāng)今技術(shù)水平下，我們已經(jīng)完全能夠采用琉璃微球儲(chǔ)氫技術(shù)。氫氣加熱到200℃~300℃之后將會(huì)進(jìn)入琉璃微球內(nèi)部，在等壓冷卻之后氫將會(huì)更加有效地存于空心微球中。這個(gè)過(guò)程便是琉璃微球儲(chǔ)氫。

在未來(lái)發(fā)展上，琉璃微球盡管具有極大優(yōu)勢(shì)，但是為了獲得更佳效果，琉璃微球儲(chǔ)氫必須突破限制，攻破技術(shù)難點(diǎn)。

2 吸附儲(chǔ)氫

作為一種新型儲(chǔ)氫方式的吸附儲(chǔ)氫近年來(lái)倍受歡迎，這是因?yàn)槲絻?chǔ)氫方法所使用的材料以及存儲(chǔ)效果都更加好。它主要采用納米材料、活性炭等多種材料，在壓力大小、容器自重和形狀上具有較多的優(yōu)勢(shì)。

2.1 碳納米管

碳納米管是比較引人熱議的新型材料，而在納米材料中的氫的吸附機(jī)理處于化學(xué)鍵和范德華力間。碳納米管材料尺寸十分小，其理論比面積較大，研究人員將其視為極具發(fā)展前景的吸附氫儲(chǔ)存材料。碳納米管的自身結(jié)構(gòu)會(huì)很大程度上影響儲(chǔ)氫效果。在實(shí)踐過(guò)程中工作人員也發(fā)現(xiàn)，在常溫常壓下如果涂了碳納米材料的話(huà)，氫的吸附性能較好。

其中單壁碳納米管的運(yùn)用大大改善傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)。這種技術(shù)也在不斷地投入到實(shí)際使用中，并在使用過(guò)程中也不斷改善。

2.2 金屬有機(jī)骨架儲(chǔ)氫材料

金屬有機(jī)骨架儲(chǔ)氫材料所構(gòu)成的空隙結(jié)構(gòu)比較相似，而其自身具有的空腔在-195℃、中等壓力下的情況下，配合物能夠吸收4.5%的氫氣，其儲(chǔ)氫性能可以說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。金屬有機(jī)骨架在目前還未廣泛得到采用，但是如果相關(guān)工作人員提高相關(guān)調(diào)節(jié)和控制選擇合適的金屬離子和有機(jī)配體，我們相信這種儲(chǔ)氫技術(shù)將會(huì)得到廣泛運(yùn)用，成為人們理想的儲(chǔ)氫方式。

3 有機(jī)化合物儲(chǔ)氫

有機(jī)化合物儲(chǔ)氫的方式相對(duì)來(lái)說(shuō)比較麻煩，其產(chǎn)生的雜質(zhì)也需要得到及時(shí)的清理和凈化，這給儲(chǔ)氫工作帶來(lái)了更多的負(fù)擔(dān)，因而有機(jī)化合物儲(chǔ)氫的方式在目前無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模采用。這種技術(shù)當(dāng)然也有它的優(yōu)勢(shì)，例如儲(chǔ)氫密度較高，儲(chǔ)存及運(yùn)輸都很方便。針對(duì)它的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)，研究工作人員還需要加大探索爭(zhēng)取為人們提供更加安全簡(jiǎn)便的儲(chǔ)氫方式。

4 金屬氫化物儲(chǔ)氫

氫氣能夠在一定條件下轉(zhuǎn)化為金屬氰化物，比如當(dāng)氫氣遇到某些過(guò)渡金屬或者金屬間化合物的時(shí)候。金屬氫化合物的儲(chǔ)氫含量比較高，但是它最大的劣勢(shì)在于氫的不可逆損傷。高溫氫腐蝕或者氰化物析出所導(dǎo)致的彈性畸變或者氫沉淀等等嚴(yán)重問(wèn)題。金屬氰化物的金屬材料具有相對(duì)穩(wěn)定的熱性能，頻繁地充放循環(huán)基本沒(méi)有問(wèn)題，另外它也不容易受到水蒸氣等的腐蝕作用。

總的來(lái)說(shuō)，金屬氰化物儲(chǔ)氫這種方式在未來(lái)要考慮的很多，當(dāng)然，其發(fā)展前景也是十分廣闊的。具體而言，未來(lái)這種儲(chǔ)氫技術(shù)要具有更輕便和更實(shí)惠的金屬材料、頻繁充放氫氣對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的損傷也盡可能的減小、將壓縮儲(chǔ)氫與金屬氫化物儲(chǔ)氫兩者相結(jié)合。我們相信，在未來(lái)的氫氣儲(chǔ)存方面，我們將會(huì)向著更安全更有效的儲(chǔ)氫方向大步向前。

5 壓縮儲(chǔ)氫

我們最常見(jiàn)的儲(chǔ)氫技術(shù)即壓縮儲(chǔ)氫，近年來(lái)加壓壓縮儲(chǔ)氫技術(shù)的相關(guān)研究較多，一方面工作者深入研究了容器材料，另一方面研究探索如何提高壓縮氫的儲(chǔ)氫密度。在容器材料上，為了避免氫脆現(xiàn)象的發(fā)生和減少氫分子透過(guò)容器壁，相關(guān)工作者力求將容器改進(jìn)為質(zhì)量更輕及更加耐壓。加壓壓縮通常使用的容器是鋼瓶，這種存儲(chǔ)方式并不適用于移動(dòng)用途，因?yàn)榧哟髿鋲簩?huì)導(dǎo)致氫分子溢出的可能性。氫氣的存儲(chǔ)方式的研究事關(guān)重大，可喜的是我國(guó)在此方面取得了不少成就，儲(chǔ)氫效率都得到極大提升。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我們的容器耐壓可達(dá)到70MPa,質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度可達(dá)到7% ~8%。而所采用的存儲(chǔ)容器內(nèi)膽多為鋁合金，外有碳纖維包覆。這種高強(qiáng)度抗壓的容器大大迎合了人們的使用需求，也為儲(chǔ)氫工作做了不少貢獻(xiàn)。有關(guān)提高壓縮氫的儲(chǔ)氫密度問(wèn)題，工作人員主要是向容器中添加部分吸氫物質(zhì)，目的是為了讓其達(dá)到“準(zhǔn)液化”程度，氫也能夠在壓力降低時(shí)自動(dòng)得到釋放。壓縮儲(chǔ)氫的方式有利于我們?cè)诟笠?guī)模下實(shí)現(xiàn)最安全可靠最有效的儲(chǔ)存氫氣。

6 結(jié)論

通過(guò)以上的探討，我們對(duì)氫氣儲(chǔ)存有了更深刻的了解，壓縮儲(chǔ)氫是使用范圍最廣的一種，金屬氰化物儲(chǔ)氫體積密度是最高的，而吸附儲(chǔ)氫這種方式可以說(shuō)是極具發(fā)展?jié)摿Φ姆绞健淠茉从欣谖覈?guó)能源的高效利用，有利于落實(shí)貫徹可持續(xù)發(fā)展觀，因而氫儲(chǔ)存方式的研究工作必須受到相關(guān)部門(mén)的重視。氫能源開(kāi)發(fā)離不開(kāi)氫氣儲(chǔ)存，研發(fā)新型技術(shù)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，也是與人們生產(chǎn)生活息息相關(guān)的大事。我們需要不斷完善以上提到的幾種儲(chǔ)氫方法，緊跟科學(xué)技術(shù)的步伐，將高效安全的儲(chǔ)氫方法落實(shí)到實(shí)際運(yùn)用中以為人民謀取更多福利。

氫氣儲(chǔ)存的方法與發(fā)展探討

■曹鈺

U473.2+5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-346-1

曹鈺（1983～），女，本科，講師，研究方向?yàn)殡姽る娮印㈦娏ο到y(tǒng)。

甘肅省科技計(jì)劃資助（1309RTSF043）；甘肅省科技創(chuàng)新平臺(tái)專(zhuān)項(xiàng)資助（144JTCF256）