秦天像，楊天虎，甘生萍

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅省太陽能發(fā)電系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 酒泉 735000）

儲氫材料現(xiàn)狀和發(fā)展前景的研究＊

秦天像，楊天虎，甘生萍

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅省太陽能發(fā)電系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 酒泉 735000）

氫能作為一種新型的能量密度高的綠色能源,?正引起世界各國的重視。儲存技術(shù)是氫能利用的關(guān)鍵。儲氫材料是當(dāng)今研究的重點(diǎn)課題之一,也是氫的儲存和輸送過程中的重要載體。本文綜述了目前已采用或正在研究的儲氫材料、發(fā)展前景和方向。

儲氫材料；發(fā)展前景；研究方向

能源和資源是人類賴以生存和發(fā)展的源泉。隨著社會(huì)的快速發(fā)展,全球能源和資源正在以越來越快的速度消耗。面對這種能源和資源的枯竭的嚴(yán)重挑戰(zhàn),新能源開發(fā)利用受到越來越高的關(guān)注。新能源一方面作為傳統(tǒng)能源的補(bǔ)充，另一方面可有效降低環(huán)境污染。在新的能源領(lǐng)域中,潔凈無污染的氫能利用技術(shù)正在以飛快的速度發(fā)展,己引起工業(yè)界的熱切關(guān)注。但如何有效地解決氫能儲存問題是當(dāng)今社會(huì)面臨的一個(gè)科技難題，本文就只對儲氫方式、儲氫材料及發(fā)展前景做了探討。

1 儲氫方式

氫能的存儲只有3種方式:液態(tài)、高壓氣態(tài)和固態(tài)儲氫,這三種儲氫方式有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。固態(tài)儲氫方式能有效克服氣、液兩種存儲方式的不足,且儲氫體積密度大、操作容易,特別適合于對體積要求較嚴(yán)格的場合,如在燃料電池汽車上的使用。固態(tài)儲氫材料主要有:金屬氫化物、多孔吸附材料和配位氫化物等,其中金屬氫化物儲氫的研究已有30多年,而其他兩種的研究相對較晚一些。多孔吸附材料分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類,如硫化物納米管、碳納米管、活性炭和BN納米管等。下面將簡要介紹儲氫材料。

2 金屬及其氧化物系列儲氫材料

儲氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)模化、實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)。金屬儲氫材料通常由一種吸氫元素或與氫有很強(qiáng)親和力的元素和另一種吸氫量小或根本不吸氫的元素共同組成。

鎂系合金的儲氫密度很高，但放氫溫度高，吸放氫速度慢，因此研究鎂系合金在儲氫過程中的關(guān)鍵問題，很可能是解決氫能規(guī)模儲運(yùn)的重要途徑。因此對金屬M(fèi)g表面催化改性引起了研究者的興趣。近年來，有人利用射頻噴濺方法制備了Pd包覆的納米結(jié)構(gòu)的多層Mg薄膜，并對儲氫性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，在1000C,3MPa氫氣壓力條件下，氫的吸附量約為85wt%，薄膜在1000C真空的條件下釋放出全部的氫。研究表明四氫呋喃處理的鎂在1000C,5MPa條件下吸附了9wt%的氫，同時(shí)四氫吠喃的處理改善了鎂吸附-脫附氫的動(dòng)力學(xué)，在623K具有較理想的反應(yīng)速率。

3 碳質(zhì)儲氫材料

碳質(zhì)材料是最好的吸附儲氫材料。碳質(zhì)儲氫材料主要有碳納米纖維、碳納米管、活性炭、石墨納米纖維等4種。

3.1 碳納米纖維

碳納米纖維是吸附儲氫材料，通過催化裂解乙炔制備了碳納米纖維,選用CO2氧化、二氧化錳氧化、硝酸氧化、鹽酸氧化和水蒸汽氧化5種后處理方式得到5種樣品。結(jié)果表明,通過水蒸汽氧化得到的材料的吸附效果相對最好,在367K、26MPa下,吸附質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.34%。雖然實(shí)驗(yàn)中制備的材料沒有顯示良好的吸附性能,但實(shí)驗(yàn)所介紹的吸附性能評價(jià)方法為未來碳納米纖維的儲氫性能研究提供了基礎(chǔ)。

3.2 碳納米管

1997年,美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室的Dillon等首次報(bào)道了碳納米管儲氫的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,純的碳納米管的質(zhì)量儲氫能力可達(dá)5%～10%,因此成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。清華大學(xué)碳納米材料研究人員能將碳納米管混以銅粉后能制成電極,之后進(jìn)行恒流充放電的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,混以銅粉的碳納米管電極的儲氫量是石墨電極的10倍。

3.3 活性炭

活性炭儲氫是利用超高比的表面積活性炭作為吸附劑的吸附儲氫技術(shù)。研究表明,在超級低溫86K、5～8MPa條件下,超級活性炭儲氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)625%～845%。通過高硫焦制備的超級活性炭,在100K和9MPa條件下,儲氫質(zhì)量可達(dá)到993%。超級活性炭儲氫材料具有儲氫量高、經(jīng)濟(jì)、易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),但所需溫度要超級低,今后研究的重點(diǎn)將放在提升其儲氫溫度方面。

3.4 石墨納米纖維

ChambersA等在實(shí)驗(yàn)室里采用了催化裂解法得到了4種結(jié)構(gòu)的石墨納米纖維,在室溫和18.6MPa下,測得4種石墨納米纖維的儲氫質(zhì)量分別約為23%、63%、76%和89%,現(xiàn)有的理論根本無法解釋如此高的吸附量?？蒲腥藛T對石墨納米纖維的儲氫性能進(jìn)行了大量的研究,均未達(dá)到Cham2bers得到的高儲氫量,認(rèn)為石墨納米纖維高密度儲氫希望渺茫。

4 液態(tài)有機(jī)物儲氫材料

液體有機(jī)儲氫材料儲氫是借助在不飽和液體有機(jī)物與氫的一對可逆反應(yīng),即脫氫和加氫反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。烴、芳烴、炔烴等不飽和有機(jī)液體均可作儲氫材料,但是從儲氫過程的儲氫量、能耗、儲氫劑等方面考慮,以芳烴特別是單環(huán)芳烴作儲氫劑為佳,其儲氫特點(diǎn)是有機(jī)液的儲存、運(yùn)輸安全方便,能方便的利用現(xiàn)有的運(yùn)輸設(shè)備和儲存,有利于長距離大量運(yùn)輸，儲氫量也很大。

5 亞氨基鋰儲氫材料

因?yàn)榘本哂休^高的氫含量、較高的能量密度、也能易于儲存和運(yùn)輸，在分解過程中也不產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳，所以被認(rèn)為是一種儲氫容量高、安全性能很好的固體儲氫材料，是具有潛在應(yīng)用前景的新型能源載體，還可以進(jìn)一步發(fā)展新型氨分解催化劑體系，不僅能從新的角度闡釋了堿金屬助劑的作用，也為高效催化劑的設(shè)計(jì)，尤其是替代貴金屬催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

6 展望

安全性氫能的儲存密度以及加注基礎(chǔ)設(shè)施等氫能相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求之間還存在著一定的差距,所以研究的力度還有待于進(jìn)一步加強(qiáng),才能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,氫能將會(huì)走進(jìn)千家萬戶,成為人類長期依靠的一種通用燃料,并和電力一起成為21世紀(jì)能源體系的兩大支柱。

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TG139.7

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