固態儲氫新突破,氫能發展進入高速軌道(二)
文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2023-03-17 10:20:00【大
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顯然,在高壓氫氣儲存中,壓力越高,每單位體積儲存的氫氣就越多。目前,該行業的頂級產品是700Bar高壓IV儲氫瓶,其壓力幾乎相當于700米深海底的壓力。相比之下,充氣輪胎壓力只有2.5巴,一般潛艇的最大潛水深度只有300米。因此,氣態高壓氫氣儲存對儲罐材料和密封提出了很高的要求。
例如,Mirai的儲氫裝置具有四層結構,由內部包裹塑料內襯的鋁合金和外部的碳纖維增強塑料保護層(CFPR)組成。在保護層的外面還有一個玻璃纖維阻尼層。一個裝有5公斤氫氣的氫氣罐重量超過100公斤,氫氣儲存質量僅為5%左右。堆積密度也不容樂觀。
另一個正確的術語是氫脆。氫脆是指氫在高溫和高壓(300℃和30 MPa)下滲入金屬材料,導致金屬機械財產下降、誘發開裂或延遲斷裂。目前,氫氣瓶存在這種風險,使用壽命有限。
為了向該高壓氫罐充入氫氣,還需要高壓氫化裝置和合適的供應和運輸系統。
盡管存在各種缺點,但這項技術目前是最成熟的,對儲氫的要求和成本相對較低。目前,所有的燃料電池汽車,如豐田的Mirai、Hyundais NEXO等。,這個解決方案。
第二種類型是液態氫的儲存。在常溫常壓下,液態氫的密度是氣態氫的845倍。然而,與氮氣和二氧化碳不同,氫氣可以通過壓力液化。氫氣液化的臨界溫度低至234攝氏度,任何高于臨界溫度的壓力都不能使氫氣液化。這消除了直接在車輛上使用液氫存儲器的可能性。
然而,液氫在純度和長途運輸方面具有良好的經濟優勢,無法在車輛上使用。然而,氫氣加注站可能是有用的。
第三種類型是固體氫氣的儲存。
正如鋰電池正在向固態電池發展一樣,儲氫技術也在向固態存儲發展。固體氫的儲存也可以進一步細分。一種是活性炭、碳納米管和碳納米纖維基材料對氫氣的物理吸附。除了金屬有機支架(MOFs)和共價有機支架(COFs),它們具有用于捕獲和儲存氫氣的微孔網格,這些材料目前正在實驗室研究中。
一種COF材料TpPa-1
另一種方法是使用金屬氫化物來儲存氫氣。金屬氫化物儲氫的最大優點是體積密度相對較高。一塊體積的金屬在常溫常壓下可以儲存近千量的氫氣,其體積密度甚至優于液氫。
POWERBASE使用此方法。金屬中儲氫的原理與氫脆現象有些相似。在某些條件下,氫穿透金屬內部并與金屬反應生成金屬氫化物,金屬氫化物以原子狀態儲存在金屬結晶點內。這個過程是可逆的,可以吸收和釋放氫氣。氫金屬存儲有著悠久的研究歷史,我們常用的鎳氫電池是典型的金屬氫化物應用。
氫與大多數金屬結合的能力意味著大多數金屬都有儲存氫的能力。然而,為了實現吸氫和脫氫的可控性和可逆性,金屬儲氫技術通常需要幾種金屬成分的合金,其中一些具有強吸氫能力的金屬(A類),如Mg、Ti、Zr、Ca、Re等。另一部分為Fe、Co、Ni、Cr等吸氫能力較弱的金屬(B類),用于調節反應生成熱和分解壓力。
近幾十年來,已經開發出了多種合金,但合適的工業生產如氫氣吸收和解吸條件、體積密度、質量密度和成本都不多,主要包括鎂系列、鑭鎳稀土系列、鈦系列和鋯系列。
其中,以分子量相對較低的金屬鎂為基礎的鎂基合金是第一種。鎂基合金具有高的儲氫質量和體積密度以及大的鎂儲量和低成本。然而,鎂基儲氫合金的吸收和解吸條件相對苛刻。如POWERBASE報告所述,有必要在約350°C的高溫和五到六倍大氣壓下與氫化鎂反應。
此外,POWERBASE產品在250℃下也可以穩定,這也代表了該產品的高活化條件,使其在車輛條件下難以釋放氫氣。
然而,獨特的體積優勢仍然使金屬儲氫成為一個熱門的發展趨勢,尤其是對于燃料電池汽車。有一天,燃料電池汽車只需行駛到加氫站,更換一盒儲氫合金來補充能量。更換后的儲氫合金可以進行加工、重新填充和轉售。這種富有想象力的觀點確實令人向往。