固体储氢材料的研究进展

氢的廉价制取、安全储运以及高效应用是目前氢能研究领域的重点,而安全、高效的氢储运是实现氢能规模化应用的技术关键,因此高容量固态储氢材料的研发具有重要的学术意义和应用价值。固体材料储氢因储氢密度大、安全系数高而成为最有前景的储氢技术,得到了研究者们的广泛关注。本文针对目前国内外固体储氢材料研究现状,论述了几种固体储氢材料的研究进展,包括物理吸附类储氢材料、金属基储氢材料、配位氢化物和水合物储氢材料。重点评述了固态储氢材料中最具发展潜力的镁基储氢材料,并阐述了合金化、纳米化、添加催化剂以及复合轻金属配位氢化物等几种改性方法对镁基储氢材料储氢机理、微观结构、热力学性能、动力学性能的影响。制氢-储氢-用氢一体集成化设计应是固态储氢尤其是镁基储氢产业化应用发展道路,而镁基固态储运氢技术的发展,将可能实现氢气安全高效及大规模储运。     

镁基储氢材料的性能及研究进展

镁基储氢材料具有储氢容量高、价格低廉、在自然界中镁资源丰富等优点，被认为是最具有发展前景的一类固态储氢材料。由于MgH₂稳定性好且放氢焓值高(75kJ/mol H₂)，氢分子在Mg表面解离能高及氢原子在镁晶格中扩散速率慢，导致吸放氢热力学稳定、动力学缓慢，从而限制了其在储氢方面的应用。对于镁基储氢材料性能的改善，目前已经取得了许多研究成果。本文综述了国内外镁基储氢材料的研究报道，归纳了镁基储氢材料的改性方法，重点阐述了合金化、纳米化和添加催化剂对于优化和改善热力学和动力学性能以及吸放氢机理的影响。最后对该领域的研究成果和发展前景进行了总结和展望，基于现有分析认为，在未来的研究中可以综合运用添加催化剂和纳米化改性双重机制对MgH₂体系热力学性能进行调控，以获得具有高容量、高性能的Mg/MgH₂储氢体系，满足商业化应用的要求。     

基于物理吸附的炭基储氢材料研究进展

开发安全、高效、经济的储氢技术是氢能产业发展的关键因素。介绍了现有的储氢技术及其特点，重点分析和综述了几种基于物理吸附的炭基储氢材料的性能特点和研究进展，包括活性炭、活性碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管和碳气凝胶，总结并展望了基于物理吸附的炭基储氢材料的发展趋势。     

氢能储存技术最新进展

氢能是全球能源技术革命的重要发展方向,在氢能产业发展过程中,开发高效、安全和低成本的氢能储存技术是实现大规模用氢的必要保障和关键。本文综述了当前主流的四种氢能储存技术,即高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固体材料储氢的原理和技术特点,分析整理了这几种储氢技术的优缺点,讨论了各类储氢方式的最新研究现状和面临的关键挑战,并对未来储氢技术的优化和发展趋势进行了展望。可以发现,为了提高储氢量,研究人员都将重心放在开发具有成本效益、提高能量密度的储氢技术上。其中,高压气态储氢应着力开发低成本、高性能的碳纤维复合材料,降低Ⅳ型瓶的成本;低温液态储氢应把研究重点放在降低液压成本以及寻求廉价易得的保温材料上;对于有机液态储氢来说,寻求高效催化剂可以大幅度提高其储氢能力;固体材料储氢应着力研发高效催化剂,寻求可以提高氢气与材料相互作用力的途径。政府、企业及科研院应大力推进储氢技术的研究,加速氢能产业发展,早日实现碳中和目标。     

物理吸附储氢材料的研究进展

本文对物理吸附材料主要包括碳基储氢材料及其衍生物、沸石(分子筛)、金属有机物骨架、共价有机物骨架等进行了综述,这类材料具有高比表面积、低温储氢性能好等特点;但常温或高温储氢性能差的特点也制约了物理吸附的发展.本文最后对新型储氢材料研究进行了展望,重点在于高可逆性、高容量、高效催化加氢、常温常压下储存与运输、温和条件下可控催化脱氢等性能的研究.     

新型储氢材料研究进展

氢能作为一种环保可再生的新型能源,生产技术逐渐走向成熟,成本大幅度下降,将迎来快速发展的机遇期。氢能被广泛利用的关键在于是否能够实现高效储存。本文重点讨论了四类新型储氢材料,即金属络合氢化物储氢材料、碳纳米管储氢材料、沸石以及新型沸石类材料、有机液态储氢材料。文章指出：金属络合氢化物储氢材料储存压力低但循环稳定性差;碳纳米管储氢材料已经有很长的发展历史,安全性高且易脱氢,然而目前对其储氢机理认识不够成熟;沸石以及新型沸石类材料价格低廉,但是对反应条件的要求高;有机液态储氢材料被认为是大规模储存和运输的可行选择,然而昂贵的成本和苛刻的反应条件限制了其发展。文章指出后续需要改进并开发具有较高存储容量和具有经济价值的储氢材料。     

浅谈金属氢化物储氢及常用的金属储氢材料

综述了具有安全性能高、储氢密度大和便于运输优点的金属氢化物储氢技术及其常用材料,主要包括综述镧系、钛系、镁系和锂系等不同金属储氢材料国内外应用现状;介绍了金属氢化物材料的储氢原理、容量和动力学行为,表明通过加入适当的催化剂以及通过引入具有改善的表面性质的缺陷的球磨,可以提高材料动力学性质和循环寿命。提出通过改善金属氢化物的热行为和循环行为,研发具有竞争性的高容量储氢材料。     

富勒烯储氧技术研究进展

对[60]富勒烯储氢技术的储氢原理和储氢方式进行了概述,重点阐述了[60]富勒烯2种重要的储氢方式(笼内储氢和笼外储氢)的国内外研究进展,最后对[60]富勒烯储氢技术的发展以及[60]富勒烯储氢材料的应用进行了展望.     

新型有机液体储氢技术现状与展望

综述了常用的储氢方法:加压气态储氢、低温液化储氢、碳质材料储氢、金属合金储氢、络合氢化物储氢、玻璃微球储氢、有机液体储氢等,总结其相应的储氢原理并进行了优缺点分析。重点对新型有机液体储氢材料乙基咔唑的储放氢性能进行了阐述,并根据目前国内外的研究现状提出了问题,针对问题提出了一些设想,期望通过改进获得更高的吸放氢量、吸放氢速率以及合适的温度。     

有机液体载体储氢催化剂的研究

介绍了6种常用的储氢方法:加压压缩储氢技术、液化储氢技术、储氢合金储氢、碳质材料储氢、金属有机骨架储氢、有机液态氢化物可逆储放氢技术等,并对诸项技术的优点以及存在的问题进行了评述。重点介绍了有机液态氢化物可逆储放氢技术的原理和特点,综述了国内外研究现状并提出了使用廉价的液体储氢原料和提高催化剂活性、稳定性的新思路。     

储氢材料在高能固体火箭推进剂中的应用

系统介绍了金属氢化物、金属配位氢化物、金属氮氢化合物以及氨硼烷等储氢材料,在此基础上总结了储氢合金、轻金属氢化物和金属硼氢化合物在高能固体火箭推进剂领域的应用研究进展,指出上述储氢材料能够促进推进剂组分的分解,改善推进剂的燃烧性能并提高推进剂的能量性能;同时分析了各类储氢材料在高能固体推进剂中的应用前景和制约因素,提出金属氢化物和金属配位氢化物是可能应用于高能固体火箭推进剂的储氢材料;同时,需重点关注储氢材料对氧气和水的高敏感性以及与推进剂的相容性差等可能的制约因素。附参考文献37篇。     

固体储氢材料研究进展及展望

围绕物理吸附和化学吸附储氢材料制备及研究技术,总结归纳了碳基材料、有机多孔材料、氢化物材料、金属材料作为储氢材料的研究进展,对比分析了不同材料的储氢容量及优缺点,为固体储氢材料的应用提供了有效的分析数据。最后总结了固态储氢材料目前的技术难点,展望了该材料未来的发展方向。     

氢液化与低温高压储氢技术发展现状

H₂来源广泛、清洁无碳，是未来重要的清洁二次能源载体，在世界能源格局中占重要地位。H₂低温致密化技术可大幅提高储氢密度，有效解决H₂低密度、低沸点带来的大规模储运难题。综述了氢液化与低温高压储氢2种低温储氢技术的发展现状，对比了各类低温储氢流程的性能和特点，总结了未来发展方向，为H₂储运技术的发展提供参考。其中低温液态储氢(氢液化)的储氢密度高且储氢压力低，是目前主流的大规模氢储运方法之一；低温高压储氢则可达到与液氢接近的储氢密度，且本征能耗低、无需正仲氢转化，极具发展潜力；而采用以混合工质节流制冷循环为代表的闭式低温制冷循环替代液氮对H₂进行预冷或冷却，可显著降低H₂低温致密化能耗，是2种低温储氢技术的重要发展趋势。     

镁基储氢材料在含能材料中的应用

根据化学结构不同将镁基储氢材料分为镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物3类,分别介绍了3类镁基储氢材料在含能材料中应用的研究进展;分析了镁基储氢材料在含能材料中的应用前景和存在的问题;介绍了计算机模拟技术在研究镁基储氢材料对推进剂热分解影响中的应用情况。结果显示,镁基储氢材料能够通过促进含能材料的热分解过程提升其能量水平,同时其较高的热稳定性有利于改善含能材料组分的相容性和安定性。镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物均可显著提高固体推进剂和炸药的应用性能。因此,镁基储氢材料在含能材料领域具有广阔的应用前景。附参考文献47篇。     

类石墨烯材料在能量储存转换领域的应用

随着高效电池、超级电容器、储氢材料成为清洁高效能源计划中的研究重点,类石墨烯材料由于具有与石墨烯类似的结构及其革新性能,逐渐成为能源计划中的研究前沿.简要介绍了类石墨烯材料的基本结构及其“自上而下”和“自下而上”的制备方法.综述了类石墨烯材料作为电极材料在二次电池和超级电容器中的应用,以及作为储氢载体在储氢装置中的应用.探讨了类石墨烯材料在能量储存转换领域的应用,分析比较了其优缺点,展望了其前景.     

三氢化铝应用于燃料电池的研究进展

三氢化铝（AlH₃）具有储氢量大、质量轻、释氢温度较低、产物洁净等优势,是应用于燃料电池的理想储氢材料,但因其合成成本较高、室温条件下难以再生,目前尚未大规模应用。本文从燃料电池对储氢材料的要求出发,介绍了AlH₃的基本性质、合成再生方法及其释氢性能与改进方法,简述了基于AlH₃的储氢装置及系统、车载储氢和便携式电源等应用的国内外研究现状,提出今后研究工作应集中在降低释氢温度、调控释氢速率、提高释氢率、设计高效储氢系统及开发低成本制备和再生工艺。     

计算化学在多孔储氢材料研究中的应用

计算化学方法在多孔储氢材料的应用主要有4个方面:1)研究多孔材料的储氢性能;2)研究多孔材料对氢气的吸附热;3)研究储氢机理;4)设计新型多孔储氢材料。综述了计算化学方法在多孔储氢材料研究中取得的成果和最新进展,展望了计算化学方法在储氢领域的应用前景。     

储氢提纯和氢网络的耦合优化

基于氢网络的集成以及AB₅型储氢材料LaNi_4.75Fe_0.25及LaNi_4.85Al_0.15的特性,对储氢提纯在氢网络中的应用进行研究。综合考虑LaNi_4.75Fe_0.25及LaNi_4.85Al_0.15储氢/放氢动力学,建立了储氢提纯氢网络的优化方法,根据单位质量储氢材料提纯的节氢能力和公用工程节省量与提纯参数的关系,确定最优提纯氢源浓度、最大公用工程节省量、储氢材料量和吸氢时间。用该方法对某炼厂氢网络和储氢提纯单元进行优化,结果表明,最优提纯氢源浓度为70%,提纯后公用工程可节省23.72%; LaNi_4.85Al_0.15作为储氢提纯材料优于LaNi_4.75Fe_0.25,其消耗量为991.26 kg。     

掺杂与NaAlH_4储氢

综述了国外掺杂NaA lH4储氢材料的研究进展及掺杂剂作用的基本原理,阐明了不同掺杂剂及掺杂方法对NaA lH4储氢性能的影响。根据目前的研究现状,提出了今后掺杂NaA lH4储氢材料的发展方向。     

新型稀土高性能储氢合金研究进展

稀土储氢合金是研究最早的储氢合金,也是目前仅有大规模产业化的储氢合金。本文综述了近年来稀土储氢合金的研究进展。介绍了稀土储氢合金的主要制备方法,例如感应熔炼、电弧熔炼、真空磁悬浮熔炼等以及较为新颖的自燃燃烧法;总结了改性处理方法,如热处理、表面处理等;分别讨论了AB5型、R-Mg-Ni系稀土储氢合金的元素组成变化对合金性能的影响。