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氫能源（氫氣）如何儲(chǔ)存？

關(guān)鍵詞：氫能源；儲(chǔ)存；新能源汽車

在較瘦劉觀能源上一篇關(guān)于氫能源（氫氣）從哪里來中已近探討了一些氫能源（氫氣）獲取方法，同時(shí)也給出了一個(gè)典型的太陽能-氫能的方案。今天我們就來談?wù)剼淠茉矗?strong>氫氣）如何儲(chǔ)存？

氫能體系主要包括氫能源（氫氣）的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸、應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)。而氫能源（氫氣）的儲(chǔ)存是關(guān)鍵，也是目前氫能應(yīng)用的主要技術(shù)難點(diǎn)。廣大網(wǎng)友都知道氨氣檢測儀，所有化學(xué)元素中氫的重量最輕，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，它的密度為水的密度的萬分之一。在負(fù)252.7℃時(shí)，為液體，密度為僅為水的十五分之一。所以，氫能源（氫氣）可以儲(chǔ)存，但是很難高密度地儲(chǔ)存。下面介紹幾種常見的儲(chǔ)存方法：

儲(chǔ)氫方法

對儲(chǔ)氫系統(tǒng)的要求很多，最重要的是高儲(chǔ)氫密度。衡量氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)先進(jìn)與否的主要指標(biāo)是單位質(zhì)量儲(chǔ)氫密度，即儲(chǔ)氫單元內(nèi)所儲(chǔ)氫質(zhì)量與整個(gè)儲(chǔ)氫單元的質(zhì)量(含容器、存儲(chǔ)介質(zhì)材料、閥及氫氣等)之比。

上圖介紹的1.氣體儲(chǔ)氫法，氫氣可以像天然氣一樣使用巨大的水密封儲(chǔ)罐用低壓儲(chǔ)存，該方法適合大規(guī)模儲(chǔ)存氣體時(shí)使用，由于氫氣的密度太低，所以應(yīng)用不多2.液體儲(chǔ)氫法通過氫氣 絕熱膨脹而生成的液氫也可以作為氫的儲(chǔ)存狀態(tài)；3.固體氫儲(chǔ)存，研究發(fā)現(xiàn)，某些金屬具有很強(qiáng)的捕捉氫的能力，在一定的溫度和壓力條件下，這些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時(shí)放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會(huì)分解，將儲(chǔ)存在其中的氫釋放出來。這些會(huì)“吸收”氫氣的金屬，稱為儲(chǔ)氫合金。

液氫儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)

上面三種儲(chǔ)氫方法是目前實(shí)際應(yīng)用的主流，特別是高壓儲(chǔ)氫方法應(yīng)用最為廣泛。但是，都沒有達(dá)到美國能源部的最低儲(chǔ)氫要求。所以，科學(xué)家正在積極探索新的儲(chǔ)氫方法，例如玻璃微球儲(chǔ)氫、無機(jī)物儲(chǔ)氫、高壓及液氫復(fù)合技術(shù)、儲(chǔ)氫合金與高壓復(fù)合技術(shù)以及地下巖洞儲(chǔ)氫、石墨烯儲(chǔ)氫等等。

各類儲(chǔ)氫材料的質(zhì)量和體積儲(chǔ)氫密度對比

由于固態(tài)氫化物依靠特定的低成本的金屬單質(zhì)或合金材料，體積和重量儲(chǔ)氫密度高，雖然目前的固態(tài)儲(chǔ)氫材料在儲(chǔ)氫量、吸放氫速率和溫度、循環(huán)效率等方面和應(yīng)用需求還存在一定距離，但其儲(chǔ)存成本低，安全性高、易于保存和運(yùn)輸氫氣，因此受到了各界的廣泛關(guān)注。

早期固態(tài)儲(chǔ)氫可以將氫原子儲(chǔ)存于固體材料晶格中的的四面體或八面體空隙，這種方式所形成的固態(tài)氫化物通常能夠在常溫常壓下高密度地儲(chǔ)存氫氣。為了應(yīng)用于工作溫度８０－９０°Ｃ的質(zhì)子交換膜燃料電池，第一代固體儲(chǔ)氫材料是基于ＬａＮｉ５的合金家族，這些合金可以提供比液化氫氣更高容量的存儲(chǔ)密度。其類似于許多過渡金屬的氫化物氫氣，氫原子是簡單地”插入”到晶格點(diǎn)陣的間隙當(dāng)中，晶格原子對氫的束縛很弱，導(dǎo)致其具有優(yōu)異的吸氫和釋氫動(dòng)力學(xué)。因此，這些合金曾經(jīng)是固態(tài)儲(chǔ)氫領(lǐng)域的明星材料。近年來，具有高的儲(chǔ)氫容量的鋁、鎂、硼基氫化物得到了較廣泛的關(guān)注，成為了固態(tài)氫化物儲(chǔ)氫的研究熱點(diǎn)。

儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能應(yīng)用的必須克服的難關(guān)。儲(chǔ)氫材料吸放氫的過程就是儲(chǔ)氫材料與氫的可逆循環(huán)反應(yīng)，涉及材料多孔界面微區(qū)的傳熱、傳質(zhì)，氫分子、氫原子的動(dòng)態(tài)激發(fā)及其能級(jí)躍遷，情況較復(fù)雜，由于受測試儀器精度的限制，許多過程機(jī)理尚不清楚。為了提高儲(chǔ)氫材料的性能，使之早日實(shí)用化，目前有必要抓緊基礎(chǔ)理論的研究氫氣，開拓全新的儲(chǔ)氫方法柴油報(bào)警器，走向“柳暗花明又一村”的新境界。

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