液态有机储氢材料的常见体系及进展

利用氢气作为绿色环保的能源,近些年来受到人们的广泛关注,近些年各行业对氢气的利用都进行了广泛的研究,云南省具备丰富的可再生资源,利用云南省可再生能源的优势,发展氢能,对于南方电网和云南省来说均是具备重要的战略意义和实际应用价值。本文综述了近些年来被广泛关注的有机液体储氢材料,主要介绍了咔唑类、甲酸、环己烷、十氢萘等,重点对目前的国内外研究现状进行了阐述,综合各类有机液体储氢材料的储氢特点,分析了其未来应用的前景。     

化学储氢研究进展

氢气作为一种高效、清洁的能量载体,被视为21世纪最具发展潜力的能源。氢的储存是氢能规模化应用的关键,相比于物理储氢,化学储氢更加高效安全。常用的化学储氢方式主要有金属氢化物、配位氢化物、有机液体氢化物等。本文综述了上述3种主要储氢方式的研究进展并指出存在的问题。金属氢化物中,如新近发现的多相R-Mg-Ni系储氢合金储氢量较高,价格低廉,但其仍存在过于稳定、加/脱氢动力学性能差等问题;配位氢化物含有丰富的轻金属元素,储氢密度较高,但存在可逆循环性能差的问题,限制了其应用;液体有机物储氢量高,还可以同汽油一样在常温常压下运输,且环己烷、苯等液体有机储氢介质均为工业上可以大规模生产的化学品,如果能开发出高稳定性、高转化率和高选择性的脱氢催化剂,将大幅度推动氢能规模化应用。     

有机液体储运氢技术经济分析与比较

对3种原料成本较低的有机液体储放氢体系(甲苯/甲基环己烷、苯/环己烷、萘/十氢萘)进行了加/脱氢工艺流程模拟，估算了加/脱氢环节的工程成本，发现原料费用是加氢环节成本的决定性因素，而脱氢环节成本取决于公用工程费用，其中萘/十氢萘体系的氢气储存单价最低。3种体系的运输成本分析结果表明，萘/十氢萘体系的氢运输成本也最低。与当前主流储运氢方式(气氢拖车、液氢罐车和气氢管道)进行了技术经济性比较，发现利用有机液体储运氢500 km时的氢气总成本(含加/脱氢及运输)为8.86元/kg,低于同样距离运输的气氢拖车和液氢罐车等的储运成本。因此，在需要大规模长距离运输、海运、长期储存等情况下，有机液体储运氢技术有着明显的经济性优势。     

国内首个液体储氢材料项目投产

<正>2019年3月1日,湖北宜都氢阳新材料有限公司储氢材料项目一期工程正式投产,生产出第一批常温常压下液体储氢材料——储油,标志着常温常压下氢能安全高效储运技术经过数年的厚积薄发,已取得长足进步,成功进入产业化导入阶段。氢能被誉为"终极能源",是国际上公认的清洁能源,但目前尚未大规模应用,瓶颈在于氢气在常温常压下难以存储和运输。中国地质大学特聘教授、氢阳公司董事长程寒松带领团队开发的常温常压下液态有机储氢(LOHC)技术,攻克了氢气在常     

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。     

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。     

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。     

多环芳烃类液体有机氢载体储放氢技术研究进展

基于“绿电+绿氢”的可再生能源规模化利用模式是实现碳中和目标的重要措施，然而目前现有的氢储运技术无法满足该利用模式的大规模与跨时空需求。多环芳烃类有机液体氢载体储氢被认为是最有可能实现大规模且安全高效的异地氢储运技术。本文介绍了多环芳烃类不饱和有机液体储氢技术的基本原理与常用有机氢载体的物化性质，分析了作为有机氢载体的关键参数，在此基础上，从空间位阻效应的角度解释了多环芳烃类有机液体氢载体的环内与环间加脱氢反应机理，并进一步从活性组分分散度、表面电荷效应、氢溢流以及低配位数等方面对多环芳烃加脱氢催化剂的研究进展进行了总结。提出了目前多环芳烃类有机液体氢载体储氢的技术难点在于脱氢温度高、循环率低以及催化剂成本高，并对优化能量匹配、催化剂改性等未来的应用场景和发展方向进行了展望。     

PdCo/SiO2双金属催化剂用于杂环储氢载体的高效脱氢

乙基咔唑/十二氢乙基咔唑（N-ethylcarbazole/dodecahydro-N-ethylcarbazole,NECZ/12H-NECZ）体系被认为在有机液体储氢领域具有较大的开发应用前景,但高活性、选择性的脱氢催化剂的设计开发制约着其工业应用。基于此,设计开发出一种具有高脱氢活性和高选择性的双金属催化剂Pd₁Co₃/ SiO₂（Pd质量分数为1.25%）,对其结构进行了XPS、XRD、HRTEM等表征分析,并评价了其催化十二氢乙基咔唑的脱氢性能。与5.0%（质量分数）Pd/SiO₂相比,表明引入一定量的Co金属形成的PdCo合金可提高12H-NECZ脱氢反应效率和NECZ选择性,动力学与DFT计算发现双金属催化剂可以有效降低三步基元反应的能垒,大幅提升第二步基元反应（8H-NECZ到4H-NECZ）的脱氢反应速率。研究结果为揭示12H-NECZ脱氢反应机理和高效脱氢反应催化剂的设计与开发提供了新的思路。     

储氢技术的研究发展现状

简要介绍了高压储氢、液化储氢、金属氢化物储氢和有机液体氢化物储氢等几种主要储氢技术的原理和研究进展.讨论分析了各种储氢技术的特点,指出有机氢化物在低温下高效脱氢,将是储氢技术的发展方向.     

储氢技术研究进展

介绍了高压压缩储氢、深冷液化储氢、金属氢化物储氢、碳纳米管吸附储氢及有机液体氢化物储氢等几种储氢技术的发展现状,并指出储氢技术未来的发展方向.     

新型贮氢材料的研究进展

氢能作为资源丰富、绿色环保的清洁能源而被广泛研究,氢的贮存和运输是氢能应用的关键。金属络合氢化物、碳纳米管、沸石具有较高的贮氢容量,成为贮氢材料研究的热点。综述了金属络合氢化物、碳纳米管、沸石等新型贮氢材料的研究进展,讨论了各种贮氢材料的特点与性能,对其实用性和应用前景进行了分析。     

Perspectives and challenges of hydrogen storage in solid-state hydrides

Hydrogen has been widely considered as a clean energy carrier that bridges the energy producers and energy consumers in an efficient and safe way for a sustainable society. Hydrogen can be stored in a gas, liquid and solid states and each method has its unique advantage. Though compressed hydrogen and liquefied hydrogen are mature technologies for industrial applications, appropriate measures are necessary to deal with the issues at high pressure up to around 100 MPa and low temperature at around 20 K. Distinct from those technologies, storing hydrogen in solid-state hydrides can realize a more compact and much safer approach that does not require high hydrogen pressure and cryogenic temperature. In this review, we will provide an overview of the major material groups that are capable of absorbing and desorbing hydrogen reversibly. The main features on hydrogen storage properties of each material group are summarized, together with the discussion of the key issues and the guidance of materials design, aiming at providing insights for new material development as well as industrial applications.     

规模化氢液化装置现状及未来技术路线分析

氢能作为零碳能源,是实现我国双碳目标的有效战略途径,随着氢能被纳入我国能源体系范畴,氢能的广泛商业应用即将呈现爆发式增长。受限于氢的物理特性,氢能利用过程中的高能量密度储运技术一直是制约其发展的瓶颈之一,液氢作为储氢密度最大的方式,其规模化制取技术是解决氢能应用环节中高效储运和规模化利用的有效途径。本文对当前全球已知的规模化氢液化装置的液氢产能规模和运行状态进行了统计分析,介绍了主要生产国的工业氢液化装置,比较了三种基本氢液化原理,总结了实际工业装置特点,对当前提出的规模化概念型氢液化系统原理和能效进行了分析,提出了未来发展应参考的设计特点和建议性阶段发展方向,为氢能的高效规模化储运技术发展提供有效支持,加速实现氢能的广泛商业化应用。     

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。     

中国过氧化氢加合物的发展现状及前景展望

过氧化氢加合物在一些特定领域弥补了双氧水在存储、运输和应用上的诸多缺陷,拓展了双氧水的应用领域。过氧化氢加合物是化工行业中一类非常重要的精细化工产品,具有广泛的应用前景。对目前主要过氧化氢加合物进行了重点介绍;对提高过氧化氢加合物稳定性的途径进行了全面总结;对中国过氧化物加合物的行业现状及存在问题进行了详细分析并对其前景进行了展望。     

Solid‐state Materials and Methods for Hydrogen Storage: A Critical Review

Hydrogen is important as a new source of energy for automotive applications. It is clear that the key challenge in developing this technology is hydrogen storage. Current methods for hydrogen storage have yet to meet all the demands for on‐board applications. High‐pressure gas storage or liquefaction cannot fulfill the storage criteria required for on‐board storage. Solid‐state materials have shown potential advantages for hydrogen storage in comparison to other storage methods. In this article, the most popular solid‐state storage materials and methods including carbon based materials, metal hydrides, metal organic frameworks, hollow glass microspheres, capillary arrays, clathrate hydrates, metal nitrides and imides, doped polymer and zeolites, are critically reviewed. The survey shows that most of the materials available with high storage capacity have disadvantages associated with slow kinetics and those materials with fast kinetics have issues with low storage capacity. Most of the chemisorption‐based materials are very expensive and in some cases, the hydrogen absorption/desorption phenomena is irreversible. Furthermore, a very high temperature is required to release the adsorbed hydrogen. On the other hand, the main drawback in the case of physisorption‐based materials and methods is their lower capacity for hydrogen storage, especially under mild operating conditions. To accomplish the requisite goals, extensive research studies are still required to optimize the critical parameters of such systems, including the safety (to be improved), security (to be available for all), cost (to be lowered), storage capacity (to be increased), and the sorption‐desorption kinetics (to be improved).     

Promotion of the electrochemical hydrogenation of nitrobenzene at hydrogen storage alloys studied using a solid electrolyte method

The electrocatalytic properties of an AB₅-type hydrogen storage alloy towards the electrochemical hydrogenation of unsaturated organic compounds have been studied by a solid electrolyte method using electrochemical hydrogenation of nitrobenzene as a model reaction. Voltammetric studies reveal that the kinetics of the nitrobenzene electro-reduction on the hydrogen storage alloy electrode is similar to that on a Ni electrode. Aniline and p-aminophenol are produced as the reaction products. Compared to the Ni electrode, the production of aniline is considerably promoted on the hydrogen storage alloy electrode. Modifying the alloy surface with a thin layer of Cu enhances the reaction selectivity and current efficiency for aniline formation. Compared to a Cu electrode, the electrochemical hydrogenation of nitrobenzene to aniline is promoted on the Cu-modified alloy electrode. The hydrogenation promotion effect is attributed to the chemical reaction between nitrobenzene and metal hydrides that are electrochemically generated in situ. Hydrogen storage alloys therefore make it possible to intensify the electrochemical hydrogenation process of unsaturated organic compounds.