燃料电池车车载储氢系统的技术发展与应用现状

综述了燃料电池车车载储氢系统技术，包括高压氢、液氢、金属氢化物、低温吸附、纳米碳管高压吸附以及液体有机氢化物等的研究进展及其车载应用现状。参照燃料电池车对车载储氢系统单位重量储氢密度与体积储氢密度的目标要求，对目前已应用和处于研发阶段的一些储氢技术的性能指标和存在问题进行了分析讨论。同时对目前该领域的若干新的研究报道，如超高压轻质复合容器、混合储氢容器、b.c．c．储氢合金、超级活性碳和“浆液”双相储氢等，也作了简要介绍。     

过渡金属配位铝氢化物的研究进展

固态储氢具有体积密度高、储运方便、安全性好等优势,是目前最具发展前景的储氢方式之一。开发在低温(<80℃)条件下具备可逆储氢能力的氢化物对拓展固态储氢技术的应用具有重要意义。过渡金属配位铝氢化物的热力学稳定性较低,有可能满足固态储氢系统的低温应用要求,具有潜在的基础研究和应用价值。系统性介绍了过渡金属配位铝氢化物的研究进展,包括氢化物的制备方法、结构和性能表征以及储氢机理等方面的研究动态,并讨论了其发展面临的主要问题和发展趋势,为过渡金属配位铝氢化物的深入研究提供参考。     

高压复合储氢罐用储氢材料的研究进展

氢能因来源广、无污染、热值高等特点成为解决能源问题的重要方案。随着燃料电池技术的发展,氢能在车载方面的应用得到进一步拓宽,但氢气的加注、存储问题成为限制氢能汽车发展的瓶颈之一。实现氢气安全高效的存储是氢能规模化应用的关键。目前主要的储氢方式有高压气态、低温液态、固态。通过增加氢气压力和提高容器材料的比强度,可有效提高气态储氢系统的质量储氢密度,但由于气体分子间作用力的影响,高压气态储氢的体积储氢密度较低。同时过高的氢压对安全储氢罐的设计和成本也是一大挑战。通过加压、降温液化氢气实现的液态储氢拥有理想的质量储氢密度和体积储氢密度,但保存液态氢对设备要求十分苛刻,且液化氢气所需能耗为氢燃烧热值的40%,得不偿失。固态储氢方式将氢以原子、离子的形式存储于氢化物中,因此固态储氢材料的体积储氢密度可观,且材料吸/放氢条件温和,安全性高,但固态储氢材料的质量储氢密度不占优势。高压复合储氢罐将高压储氢技术与固态储氢材料相结合,同时拥有气态储氢与固态储氢的优势,是实现安全高密度储氢的有效途径。通过气-固复合的储氢方式,可有效提升高压储氢罐的体积储氢密度,减小储氢罐体积,降低充氢压力,提高安全性。而发展在高压条件下具有良好充/放氢特性的储氢材料是提升高压复合储氢罐性能的关键。TiCr2基、ZrFe2基AB2型合金是主要的高压储氢合金,对它们的研究集中在通过利用不同原子半径、电子结构的合金元素进行A侧和/或B侧元素替代,实现对合金平台压、容量、吸放氢动力学性能的有效调控。但TiCr2基、ZrFe2基储氢合金的质量储氢密度仍然偏低,相比之下,NaAlH4与AlH3具有高的储氢密度,是潜在的高压储氢材料。通过纳米化、掺杂催化剂等手段能够有效降低NaAlH4的脱氢温度,提高其循环稳定性;通过球磨、改善溶剂等方法可提升AlH3的合成产率、改善其结晶性。本文简要介绍了高压复合储氢罐的原理及对高压储氢材料的主要性能要求,着重评述了间隙型储氢合金(TiCr2、ZrFe2)、铝基金属氢化物(NaAlH4、AlH3)两类高压储氢材料的结构、性能特点及研究进展。     

Ti-Cr-Mn-M(M=V、Fe、Ni、Cu)合金的储氢性能

为改善Ti(Cr-Mn)2 AB2型合金的储氢性能,采用A侧过化学计量和过渡金属部分替代Mn进行多元合金化,系统研究了Tix(Cr-Mn-M)2(x=1.0,1.1;M=V、Fe、Ni、Cu)合金的储氢性能.研究结果表明,V、Fe、Ni、Cu部分替代Mn进行多元合金化后,合金主相仍保持C14(MgZn2)型Laves相,合金晶胞体积增大.合金化元素部分替代Mn后合金的活化性能得到明显改善,合金吸放氢量增大,吸放氢压力滞后减小.除Fe使合金放氢平台压力有所升高外,其余合金化元素均使合金的吸放氢平衡压力有不同程度的降低,这是由于合金的晶胞体积增大所致.在所形成的合金中,以Ti1.1Cr1.2Mn0.5CuO0.3的综合性能最好,其室温下吸放氢量分别达到1.95%和1.72 9,6(质量分数).采用该合金与自制的轻质高压储氢容器(工作压力为40MPa)复合组成金属氢化物复合式高压储氢器,对其储氢密度的计算结果表明,当储氢合金的填充量(体积分数)达到0.20时,该复合式储氢器总的体积储氢密度将提高57%.     

金属储氢材料研究概况

综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储氢材料的研究状况,对稀土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍,并对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望.金属储氢材料可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存,具有广阔的应用前景.然而到目前为止,那些在室温下容易释放氢的金属氢化物,其可逆吸氢量不超过2%,无法满足实际要求.因此,新型储氢材料的开发任重而道远.     

金属-有机框架物(MOFs)储氢材料研究进展

介绍了一种新型储氢材料--金属一有机框架物(Metal-organic framework,MOFs).该材料具有许多优异的性能,如密度小、比表面积大、气孔率高等,并可通过组装来控制框架物的结构和孔径的大小,是一种具有发展前景的新型储氢材料.在总结、评述MOFs储氯材料制备、表征、储氢性能及其影响因素等研究进展的基础上提出了今后的研究重点和发展方向.     

催化剂对镁基储氢材料储氢性能影响的研究进展

综述了近年来添加过渡族金属、金属氧化物和金属卤化物催化剂对镁基储氢材料性能影响的研究进展,总结了催化荆催化效果的影响因素.比较发现,多价态过渡族金属卤化物对镁基储氢材料具有最好的催化作用.催化剂作用机理包括:为氢的扩散提供通道;为氢的吸附、离解提供活性位置;起到"氢泵"的作用;与Mg-H键发生电子交互作用.     

金属合金及碳材料储氢的研究进展

论述了金属合金和碳材料的储氢机理、吸放氢量和动力学性能;探讨了活性金属Ni、Pd、Li和K对碳材料储氢的催化性能和金属Mg与多壁纳米碳管、碳纳米纤维、高比表面积活性炭、无烟煤和纳米石墨等碳材料复合储氢的性能及机理;指出了储氢材料应该向Li、Na、Mg、Al、B等轻元素和无烟煤、石墨等储量大、赋存广、成本低的碳材料方向发展.     

温度对2TiO_230C70Mg材料吸放氢性能的影响研究

金属Mg储氢密度大和资源丰富,但金属Mg吸放氢温度太高,阻碍了它在实际中的应用。因此对金属Mg改性储氢研究,必须对其吸放氢温度和储氢体系的温度变化进行测试。对前期制备的2TiO230C70Mg复合材料测试结果表明:2TiO230C70Mg复合材料的吸放氢密度受吸放氢体系温度影响较大。当储氢温度为200℃时,复合材料的储氢密度达到最大值5.1%(wt,质量分数,下同),其最佳储氢温度在200℃左右、放氢温度在330℃时,其放氢量4.9%。     

金属氢化物储氢装置的研究进展

<正>氢能源是一种新型无污染的清洁能源,但如何实现安全而经济的储存运输是关键技术之一。金属氢化物储氢装置将储氢合金(一般为AB5型、AB2型、AB型、镁系的储氢材料)以一定的方式装填到容器内,利用储氢合金的可逆吸放氢能力,达到储存、净化氢气的目的。与高压气态储氢相比,金属氢化物储氢是一种固态储氢技术,具有储氢压     

钒基储氢合金的研究进展

钒基固溶体储氢合金具有高的储氢密度,并且室温下可以吸放氢,具有良好的动力学性能,因此被认为是最有潜力的车载储氢材料之一.介绍了金属钒吸放氢特性,概述了钒基储氢合金的研究进展,就近年来改善钒基储氢合金性能的方法进行了总结,并对钒基储氢合金的稳定性及应用成本等问题进行了探讨.最后,对铳基储氢合金亟待解决的问题及发展方向进行了展望.     

储氢材料研究进展

氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属(合金)储氢、碳基储氢、有机液体储氢、络合物储氢、硼烷氨储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。     

储氢材料的研究现状与进展

对狭义的储氢材料进行了简要介绍,总结归纳了金属氢化物、纳米储氢材料和配位氢化物等几种主要储氢材料的特点.概述了制备储氢材料所用的几种主要方法:高温熔炼法、机械合金化法、氢化燃烧合成法、化学合成法和烧结法,并对目前的研究现状进行了归纳和评述,展望了未来储氢材料及其制备方法的发展方向.     

金属及化合物添加法对MgH2储氢性能的改进研究

近年来,氢化镁(MgH2)因具有较高的理论储氢容量而成为较有潜力的储氢材料之一,但由于MgH2在吸放氢反应过程中较差的热力学和动力学问题,抑制了它的实用化进程,因此需要对其储氢性能进行改善。综述了目前所采用或正在研究的改善氢化镁储氢性能的方法,即金属及化合物添加法,具体包括元素取代法、添加过渡金属氧化物或氟化物法等,比较了各种方法改善氢化镁储氢性能的优缺点,并指出其相关发展趋势。     

金属氢化物技术用于燃料电池氢源系统——氢燃料箱，氢贮输和加氢站

概述了氢燃料电池电动车车栽储氢技术的发展现状和存在问题。介绍了有关金属氢化物氢源系统储氢合金及氢燃料箱的研究进展。对城市中采用金属氢化物技术装置储运氢气和作为加氢站核心设备的方案进行了分析和讨论。     

金属氢化物热泵空调研究进展

叙述了节能环保新技术--金属氢化物热泵空调装置的原理、性能特点和国内外研究发展状况.介绍了美、日、欧等数套金属氢化物热泵空调的研制情况.综述了提高储氢合金材料性能和强化金属氢化物热泵空调系统传热能力的技术措施.最后,评述了金属氢化物空调热泵系统的组织情况及其运行的数值模拟研究.     

利用储氢金属分离回收氢的研究进展

系统地介绍了储氢金属分离回收氢的技术及它们的最新发展状况，提出了今后的发展重点     

基于低温技术的汽车储氢系统研究综述

储氢系统是氢能汽车的关键分系统之一。在航天运载火箭液氢燃料成功应用的基础上,欧洲、美国、日本及中国都对液氢或低温高压氢气作为氢能汽车的储氢方式,开展过不同程度的研究工作,实现了多种技术路线的气瓶研制、供气系统开发、车辆集成、加注系统研制和行驶试验,并推出部分基于低温技术储氢的示范或定型车辆。文章对车载低温储氢供气整车、系统结构和工作模式、关键部件研制情况等进行了总结,并对相关车辆试验情况进行介绍。通过对比分析,提出了我国在汽车用低温储氢技术领域的研究方向。     

外场在轻金属氢化物储氢体系中的应用

清洁能源的开发是缓解日益严峻的能源危机的关键,以氢能为代表的绿色二次能源正受到越来越多的关注。然而,安全、高效的氢气储运技术的缺失严重阻碍了氢能的规模化、实用化发展。在已报道的多种储运氢技术中,固态储氢因具有安全性高、储氢密度高、操作压力低等特点而成为研究的热点和重点,尤其是轻金属固态氢化物储氢材料。但是,轻金属氢化物较高的吸/放氢操作温度与缓慢的吸/放氢速率阻碍了其实用化发展。尽管近年来有关优化金属氢化物储氢性能的报道层出不穷,但距离实用化仍有一定差距。微波、光、超声、等离子体与电场等外场自提出以来,已经在化工、物理、材料等多个领域被广泛研究。近年来,外场在储氢领域的应用也逐渐获得研究人员的关注并取得了重要进展,如对外场辅助制备储氢材料、改善吸/放氢性能等方面已有广泛研究。在储氢系统中引入外场有望进一步提升材料储氢的综合性能,助力金属氢化物储氢技术迈向实用化。虽然外场在储氢领域展现出一定的发展潜力和研究价值,但其反应机理和实际应用还有待进一步深入探索和研究。主要介绍近期有关外场应用在金属氢化物储氢体系中的作用机理和研究进展。     

金属-有机配合物[LaCu6（μ-OH）3（GlY）6Im6]（ClO4）6的储氢性能研究

氢能是人类公认的未来的理想能源,而储氢材料是氢能应用的基础.金属-有机配合物作为一类新型的有发展前途的储氢材料正受到人们的重视.用P-C-T装置对金属-有机配合物[LaCu6(μ-OH)3(GlY)6Im6](ClO4)6其进行了储氢性能测试.实验结果证明,在温度为299 K,压力为0.1～3.2MPa的条件下,该配合物最大吸氢量达到0.41%,说明该配合物具有一定的储氢性能.最后结合该配合物晶体空间结构,初步分析其储氢机理为物理吸附.