车载储氢系统发展现状
燃料电车的商业化有三个瓶颈：燃料电池的成本和耐久性；氢气的来源及相应的基础设施；车载的储氢系统。DOE在修正其目标后，要求到2015年系统的储氢质量达到7.5%，体积储氢密度达到70g/L，旧的目标是5.5%,储氢密度是40g/L[1]，一次加氢后的续航里程要达到300英里（约500公里）。综观目前所有实际可用的车载储氢或制氢技术，包括高压储氢、液氢储氢、金属氢化物储氢、吸附储氢以及车载甲醇重整制氢装置、汽油重整制氢装置和天然气重整装置，无一能完全满足这些指标。因此，为了推动燃料电池的商业化进程，各个国家，包括政府研究机构和各大汽车公司，都开始对氢源技术系统研究给予高度重视。本文将就燃料电池电动车车载储氢技术的发展现状和存在问题作一介绍和讨论。
1 高压储氢
目前高压氢气罐仍是主流，一般有35Mpa（代表车型：本田FCX Clarity）和70Mpa（丰田FCHV-adv），一般是由碳纤维复合材料组成的新型轻质耐压储氢容器：铝内胆外面缠绕碳纤维的材料。但这类高压钢瓶的主要缺点是需要较大的体积和如何构筑理想的圆柱形外形; 另外, 还需要解决阀体与容器的接口及快速加氢等关键技术。因此高压压缩储氢容器还需要进一步发展[2]。同时受限于氢气本身的密度，其储氢量很难大幅度的提高。如图1所示，为了达到500公里的一次续航里程，采用70Mpa的储氢压力，其储氢系统要有125kg，体积要达到260L[3]。
图4 丰田FCHV-adv（储氢量达到6.1kg，高压罐分成4个较细的罐，置于后车座下及行李舱底板下）
低温液态储氢
低温液态储氢具有较高的体积能量密度，常温、常压下液氢的密度为气态氢的845倍, 其体积能量密度比压缩储存要高好几倍, 与同一体积的储氢容器相比, 其储氢质量大幅度提高。若仅从质量和体积上考虑, 液氢储存是一种极为理想的储氢方式。但是由于氢气液化要消耗很大的冷却能量, 液化过程所需的能耗约是储存氢气热值的50% , 增加了储氢和用氢成本。另外, 液氢储存容器必须使用超低温用的特殊容器（如下图所示）, 由于液氢储存的装料和绝热不完善, 容易导致较高的蒸发损失, 因而技术复杂、储氢成本高。
图6 F800 Style概念车（四个液态储氢槽在底盘传动轴的左右与后方，共可存放5.2公斤氢燃料）
以下举两个具体的实例：
2.1 宝马7系(Hydrogen 7)氢内燃机车
去年年底，宝马汽车公司宣布将逐渐放弃其在氢内燃机发动机（采用低温液态氢）方面的研究，转而将注意力集中于燃料电池电动汽车的开发。这种储氢系统存在很多的问题。
燃料罐位于后座与尾厢之间，采用双层壁式结构，包括在2 毫米厚的不锈钢板以及内罐和外罐之间30毫米厚的真空超隔热层。这种结构极大地降低了热量传递，中间层可提供相当于约17米厚的styropor（一种聚苯乙烯）的隔热效果。此外，内罐和外罐之间的连接部件采用碳纤维夹层，极大地避免了热量传递。宝马表示，这种隔热技术的效果是在实际应用中前所未有的，举个简单的例子，如果往这种燃料罐中加入煮沸的咖啡，可以保温80天以上，然后才会降到适宜饮用的温度。如此高效的隔热作用可使在3－5巴压力作用下的液态氢长时间保持在约-250°C的恒定温度。即使是微量蒸发的氢气，也会经由蒸发管理系统，以合理的压力并进行净化后才排出。
由于燃料罐中的温度如此低，从燃料罐中汽化的气态氢必须利用来自发动机冷却系统管路的、为此而提供的热量进行预热，然后才能进入燃料混合过程之中。所以, 除了从储气罐到发动机的氢气管道外，增加了一部分附加的发动机冷却回路。冷却液流过一个氢气一冷却液热交换器，将氢加热到大气温度。大部分氢气进入发动机，一小部分氢气流回到液氢储存系统，将它的热量传给液氢后又重新回到流入发动机的氢气主流中。这样能防止行驶过程中因液氢蒸发引起的压力降。
存在的问题：
（1）储存的是-253 摄氏度的液氢，这一压缩过程要消耗所载能量的三分之一，而且
储存的液氢也不稳定，可能只需三个星期就会蒸发一空。
（2）需要在后行李箱位置安装一个氢存储罐，重量达到250公斤，这使Hydrogen 7留给车主的行李空间只有原来的1/3。
（3）需要种种措施防止氢气泄露带来的危险导致车辆的成本难以控制，并且使用者还由此面临种种随之而来的麻烦，比如购买氢动力车之后，不能把它停在密封的车库或地下停车场里，除非车库专门改善通风条件或装上氢气探测器。
2.2奔驰F800 Style概念车
在今年的北京车展上，奔驰首次在亚洲展出其F800 Style概念车。这款车拥有“双模”驱动模式：插电式混合动力驱动和氢燃料电池驱动。在配备插电式混合动力系统情况下，F800 Style概念车百公里耗油仅2.9升，二氧化碳排放量也低至68克/公里，其新一代燃油直喷V6发动机和混合动力模块可共同输出约300千瓦(409马力)的功率，最高时速可达每小时250公里，续航能力达到700公里；在配备F-CELL氢燃料电池动力系统情况下，F800 Style概念车的输出功率可以达到约100千瓦(136马力)，产生近290牛?米的扭矩，最长行驶里程能够达到近600公里，充分满足了日常实用的要求，其燃料电池装置在车头位置。
3 其他储氢方式
以上两种储氢方式是主流的储氢技术，以下介绍几种基于化学储氢的储氢方式，它们中有些在早期已经应用于车载上，可是存在着一定的问题；还有就是一些非常有潜力的储氢方式。
3.1储氢合金储氢
可逆储氢合金储氢的最大优势在于高的体积储氢密度(储氢合金本身的体积储氢密度甚至可达90kgH2/m3)和高度的安全性。这是由于氢在储氢合金中以原子态方式储存的缘故。储氢合金氢燃料箱的主要问题是重量大，这是由于储氢合金本身质量储氢密度偏低[4]。
日本丰田公司于1996年首次将金属氢化物储氢装置用于PEMFC电动车，该装置外形尺寸为700×150×170 mm，长×宽×高)，使用TiMn系BCC储氢合金100kg，储氢量2kg，每次充氢可行驶250km (时速100km／h)。2001年初日本丰田汽车公司宣布开发成功新型燃料电池汽车“FCHV3”，该车最高时速为150km/h，行驶距离在300km以上，也采用储氢合金供氢方式。德国Benz公司和GFE公司、美国氢能公司、加拿大巴拉德公司等也都先后研制出客车、电动铲车、轮椅车和笔记本电脑等用PEMFC储氢器。浙江大学已设计和试制成功1ON1、10ON1、500N1、1000N1直至30Nm3多种容量与款式的燃料电池氢燃料箱，并已广泛试用于各种不同场合，包括汽车、摩托车、助动车、赛车、游艇以及手提电源和备用电
源等。
需解决的问题：储氢量太低；反复冲放氢后合金易粉末化。
图7为现代2008年在中国申请的专利，基于储氢合金储氢。采用两种储氢合金：一种储氢量低，但其脱氢温度低；另一种的储氢量高，但是脱氢温度高[5]。
图7 基于储氢合金的系统
3.2 金属氢化物[6]
日本制钢所与日本东北大学金属材料研究所正联合开发采用AlH3（氢化铝）的氢气存储系统。AlH3的特点是，存储密度为10.1质量百分比，比以往的储氢合金2～3％左右的质量存储密度高得多。另外，体积存储密度也达到了149g/L。
图8 AlH3氢气存储系统
由于质量轻，从而可提高质量存储密度的金属氢化物，另外还包括LiH及MgH2等。之所以从中选择了AlH3，是因为要释放出氢气，LiH需要650℃以上、MgH2需要250℃以上的高温，而AlH3只需80～150℃左右的较低温度即可；另外，释放出氢气之后，还可从AlH3中得到可循环利用的金属Al。但是直到不久前，AlH3的合成技术一直不成熟。此次，上述两家单位携手合作，通过优化液相反应的各个流程，确立了可稳定合成出平均每批次20g以上的AlH3的技术。
另外，对通过上述方法合成得来的AlH3粒子进行冲压成型，还同时开发出了可以55％的高充填率充入小型存储容器的技术。通过加热该容器使AlH3释放氢气时，成功地释放出了普通储氢合金（AB5型）条件下1.8倍量的氢气。
但是AlH3合金在实用化方面也存在问题。一个问题是降低释放氢气的温度。加热到140℃时，AlH32分钟左右即开始迅速释放氢气，而在80℃时，则必需等70分钟左右才释放氢气。此外，降低成本也是问题之一。目前由于AlH3是在实验室中制造的，制造成本高达每克数千日元。今后，必须力争通过扩大制造规模来降低成本。
3.3 储氢合金与高压罐组合使用
图9 复合储氢罐
虽然目前燃料电池车的氢气存储技术的主流是采用高压罐。然而，为了增加容量而提高
压力，会使罐的成本及氢气补给设施的成本上升。如果设施的设备成本高，最终将反映到氢气的价格上。作为在35MPa压力的条件下增加氢存储量的新方法，日本Samtech正在开发将高压罐与储氢合金合而为一的复合罐。其思路是，使氢气吸留在粒状的储氢合金上，使高压氢气填入储氢合金的缝隙中。
这种复合罐是日本汽车研究所、日本重化学工业及Samtech受日本新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）的委托联合开发的，它采用在高压罐中设置储氢合金管芯的结构。管芯中充填有粒状储氢合金，并安装有配管（热交换器），这些配管用于在释放氢气时通入温水、以及为消除吸留氢气时产生的热量而向四周通入冷却水。
此次开发的复合罐中的储氢合金，采用了以往NEDO委托研究项目中开发出的V（钒）-Ta（钽）-Cr合金。首次试制品的内容积（不含管芯）为40.8L，总重量（不含阀门）为89.6kg，氢存储量为1.5kg（计算值），与同体积的35MPa容器的1.0kg氢存储量相比，达到了后者的1.5倍。
在复合罐方面，丰田也正在进行开发。该公司以往公布的性能数据显示，采用有效氢吸留量为1.9质量百分比的Ti-Cr-Mn（锰）类储氢合金、以35MPa的压力向体积为180L 的罐中充填氢气时，可注入最多7.3kg的氢气。这相当于同体积的35MPa罐的2.5倍，即使与70MPa罐相比，也相当于其1.7倍的容量。不过，在罐的重量方面，与35MPa罐为100kg以下的重量相比，复合罐则达到420kg，重了4倍多。另外，复合罐需要大量使用昂贵的储氢合金。这些都成为了实用化时的瓶颈。
3.4 水解放氢
3.4.1硼氢化钠水解制氢[7]
2002年11月，大众科技杂志将其评选的2002年最佳创新奖颁给了戴姆勒-克莱斯勒公司最新推出的燃料电池概念车-“钠”概念车。该车具有300英里的续驶里程。该车使用的燃料电池系统由加拿大巴拉德动力公司制造，氢源系统则采用千年电池公司开发的硼氢化钠（NaBH4）水解制氢即时供气装置，因此称之为“钠”概念车。
图10 硼氢化钠水解制氢系统示意图
存在的问题：较高的成本；副产物NaBO2的回收和利用。
3.4.2 LiH浆液水解[8]
LiH浆液与水反应会很快放出氢气，产物可以通过电解或碳热法循环利用。
图11 LiH浆液及相应的储氢系统
3.5 重整放氢[9]
1997年9月戴姆勒公司推出以A级车为基型车的第三代燃料电池车NECAR3。其特点是采用甲醇作为燃料。其开发理由是，在常温下液态的甲醇贮存容易，但是在车上必须搭载甲醇重整器。
采用甲醇重整方式是考虑到加氢站还未有效建立与大规模实用化之前，作为面向个人使用的燃料电池车的燃料是最合适的选择。由于甲醇燃料与汽油一样容易管理保存，而且对现存的汽油加注站作适当改进后或扩建，并采取相应甲醇腐蚀等措施，即可作为甲醇供应站。在甲醇重整型燃料电池中，排出的CO2只有一般汽油车的1/3。
图12 NECAR3重整系统
4 小结
总的来看，除了传统的气态储氢之外，人们还对于固态储氢材料进行了大量的研究，包括化学储氢及物理吸附材料（如碳基的材料、MOFs等）储氢等。考虑到车载工况的要求，选取储氢材料一般要考虑：储氢含量、可逆的存放氢、存放氢的动力性、材料的稳定性。下图为可以参考的一个储氢材料遴选的流程。
图13 选材流程
单独从储氢材料的角度来解决问题，目前来看是不现实的，可能要先走将其与传统的储氢技术复合的道路。从国家发展燃料电池的策略来看，燃料电池车是作为一个长远的战略发展目标，从国家近期推出的对于新能源汽车的补助政策可以解读出国家现阶段是要发展纯电动，燃料电池车的发展确实存在很多的困难，但是我们要把握住机遇，提高我们的核心零部件的竞争力。
参考文献：
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[6] https://www.doczj.com/doc/c34334294.html,/news/auto/44595-20090203.html，技术在线：日趋多样化的燃料
电池车氢气存储技术
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储氢材料的储氢原理与研究现状 氢能，即氢气中所含有的能量。具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高等特点[2]。目前，能源危机和环境危机日益严重。许多国家都在加紧部署、实施氢能战略，如美国针对运输机械的“Freedom CAR”计划和针对规模制氢的“Future Gen”计划，日本的“New Sunshine”计划及“We-NET”系统，欧洲的“Framework”计划中关于氢能科技的投人也呈现指数上升趋势[3]。但是，氢能的使用至今未能商业化，主要的制约因素就是存储问题难以解决。因此，氢能的利用和研究成为是当今科学研究的热点之一。而寻找性能优越、安全性高、价格低廉、环保的储氢材料则成为氢能研究的关键。 目前，氢可以以高压气态液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。高压气态液态[4]储氢发展的历史 较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到15MPa时质量储氢密度不超过3 %。而且存在很大的安全隐患，成本也很高。 金属氢化物[5-7]储氢开始于1967年，Reilly等报道Mg2Cu能大量储存氢气，接着1970年菲利浦公司报道LaNi5在室温下能可逆吸储与释放氢气，到1984年Willims制出镍氢化物电池，掀起稀土基储氢材料的开发热潮[8-9]。金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构形成氢化物。有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。具体有NaH-Al-Ti、 Li3N-LiNH2、MgB2-LiH、MgH2-Cr2O3及Ni(Cu,Rh)-Cr-FeO x等物质，
2019年车载储氢行业 分析报告 2019年7月
目录 一、车载储氢技术多元化，高压气态储氢是主流路径 (5) 1、车载储氢技术是燃料电池重点突破环节 (5) 2、高压气态车载储氢已达可使用状态 (7) （1）车用高压气态储氢 (7) （2）固定式高压气态储氢 (9) 3、其他车载储氢方式尚不成熟 (11) （1）有机液体储氢 (11) （2）低温液态储氢 (12) （3）金属氢化物储氢 (13) 二、高压气态储氢应用依赖于车载氢瓶技术 (14) 1、我国气瓶制造技术与国际存在一定差距 (14) （1）国内IV型瓶研发滞后 (14) （2）碳纤维依赖进口 (15) （3）液氢储罐汽车应用发展缓慢 (15) 2、国内以III型气瓶为主，未来需向IV型过渡 (16) （1）国内内衬材料多选用铝合金 (16) （2）纤维缠绕层选用碳纤维作为增强材料 (17) 3、国内以35MPa气态氢为主，未来需向70MPa过渡 (19) 三、高端碳纤维是制造储氢瓶的核心材料 (20) 1、储氢瓶等压力容器是碳纤维主要下游需求之一 (20) 2、高端碳纤维制造产业被美、日垄断 (23) （1）碳纤维行业属于资本和技术密集型行业，行业壁垒高 (23) （2）应用领域不断拓展，潜在市场逐步成熟 (23) （3）日本及欧美领先企业垄断全球市场 (24)
（4）市场和政府在行业发展中发挥重要作用 (24) 3、我国碳纤维对外依存度超过70%，产能集中度逐步提高 (26) 四、相关企业 (28) 1、气瓶制造企业加速高压储氢瓶研发 (29) （1）京城股份 (29) （2）富瑞特装 (30) （3）中材科技 (31) 2、国内高端碳纤维产品研发能力逐步提升 (32) （1）光威复材 (32) （2）中简科技 (33)
燃料电池汽车车载氢气安全研究 当前能源和环境问题日益紧张，世界上石油等传统能源面临枯竭的严重考验。同时，由动力机械使用传统能源引起的环境污染日益威胁到人们的生活，温室气体的排放、酸雨的形成无不与使用传统燃料相关。因此发展为动力机械使用的清洁可替代燃料，成为目前亟待解决的问题。 在此背景之下开发出了使用清洁能源氢气作为燃料的燃料电池汽车。这种新能源汽车由氢气和氧通过燃料电池产生的电能提供动力，氢氧反应这一过程不仅有极高的能量利用效率，而且排放物只有水，对环境没有任何污染。但是，氢气本身的特性如泄漏性、爆炸性和氢脆等，使得燃料电池汽车存在着一定的安全隐患，这种新能源动力系统的安全性成为人们首先关心的问题。这些安全问题包括储氢安全、车载氢气系统的安全、燃料电池汽车发生碰撞以及发生氢气泄露时的安全等。因此，为了燃料电池汽车的推广使用，有必要对其安全性进行深入研究。 1 燃料电池汽车的储氢安全 对燃料电池汽车来讲，氢气的存储应当密度高、轻便、安全而且经济。一台装有24 L 汽油可行驶400 km 的汽车，行驶同样的距离，靠燃烧方式需消耗8 kg 氢，靠电池供能则仅需4 kg 氢。4kg 的氢气在室温和一个大气压下体积为45000L，这对汽车载氢是不现实的。目前限制燃料电池汽车推广的最主要因素就是氢气的储存问题。目前比较常用的储氢技术有高压压缩储氢、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。 目前大多数燃料电池汽车都采用高压压缩储氢方法，但是要携带足够行驶400 ～ 500 km 的高压气态氢，容器必须由能经受住高达70 MPa 压力的复合材料制成。同济大学研制的燃料电池汽车超越1 号使用的是20 MPa、50 L 车用压缩氢气铝胆复合气瓶储氢; 大连新源动力研制的燃料电池轿车使用30 MPa、40 L 车用压缩氢气铝胆复合气瓶储氢; 北京奥运会燃料电池示范车使用35MPa、140 L 车用压缩氢气瓶储氢; 武汉理工大学的楚天2 号中巴车使用20 MPa、汽车用压缩氢气铝胆复合气瓶储氢; 奔驰公司采用车顶设置高压储氢容器储氢。目前德国、美国和加拿大等国已经通过了37.5 MPa 的高压氢罐的相应测试以及生产许可，工作压力可高达68.9 MPa 的高压氢罐也已经通过了相应的实验。如此高的压力容器，如果发生撞车，后果不堪设想。因此越来越多的人开始关注新的储氢方式，以减少高压储氢的危险。 液态氢存储具有较高的能量质量比，约为气态时的3 倍，但液态氢将气态氢冷却到－ 235 ℃才能得到，耗损太大。另外，液态氢难以存储，无法避免蒸发( 每天大约损失1% ～ 3%) ，车辆停放__时间长时，蒸发的氢就会浪费，因此液态氢存储要求具有良好的绝热措施。德国戴姆勒－克
金属-有机框架物(MOFs)储氢材料研究进展 摘要：介绍了一种新型储氢材料—金属-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储氢材料的储氢性能及其影响因素等基础上提出了今后的发展方向。 关键词：多孔材料；金属-有机框架物；储氢 1 引言 近年来，由于化石燃料及自然资源的大量消耗，对于发展新型洁净高效的 能源材料来取代传统化石燃料的要求越来越迫切，亟需寻找一种可再生，洁净 且含量丰富的新型能源材料。氢是宇宙中含量最丰富的元素，有着成为将来主 要能量载体的潜在优势。最重要的是，氢与氧气反应的唯一产物是对环境无污 染的水，这是当前所用石油等燃料所不能超越的优点。然而，由于氢的体积能 量密度低，如何储存大量的氢，成为氢能源时代到来所要解决的一个关键问题。在氢气制备、传输、储存和使用过程中，如何使氢气能安全有效地储存是当前 最大的障碍。如果储存的问题解决了，必定激励氢气其他问题的解决。因此， 研究、开发氢气的储存材料与安全储氢技术是当前国际研究的前沿和热点。 2 MOFs储氢材料 MOFs材料一般是由离散的金属氧化物团簇(Metal ionconnector)通过刚性有 机链(Organic linker)，如芳香族多元羧酸或多元胺等相互连接并自组装形成的 晶态材料。在连接过程中会形成多种有趣的拓扑结构，这些结构的形成与基于 苯环的多功能分子的链接方式的差异性、金属-氧或金属-氮核(四面体配位或八面体配位)的点对称性有关。MOFs的制备方法简单、产率高，而且可以通过设 计构建单元，自组装获得不同结构的目标产物，且所得产物具有稳定的规则多
碳质储氢材料的研究进展 摘要 碳质材料由于具备质量轻、吸氢量大等优良特性，近年来引起了学者们的广泛关注。综述了碳质储氢材料的研究进展，介绍了碳质材料的储氢机理，并就近年来研究的热点探讨了影响碳质材料储氢的各种因素。最后，对碳质储氢材料的发展前景进行了展望。 关键词：碳质材料储氢储氢材料进展 Abstract Carbonaceous materials have been arousing increased research attention recently ，due to numerousadvantages such as low density and high storage capacity ．Research advances of carbonaceous materials for hydrogenstorage are reviewed ，and hydrogen storage mechanism of carbonaceous materials is introduced ．Moreover，based onrecent research highlights ，influence factors on hydrogen storage capacity of carbonaceous materials are discusseck E ventually future development of the carbon materials for hydrogen storage is prospected Key wolds ：Carbonaceous materials ,Hydrogen Storage , Hydrogen Storage Materials , Progress 、八、， 前言 能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。随着社会经济的发展，全球能源供应的日趋紧缺，环境污染的日益加剧，已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。面对化石燃料能源枯竭的严重挑战，近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。氢能作为一种可储可输的洁净的可再生能源，从长远上看，它的发展可能对能源结构产生重大改变。洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展，己引起工业界的热切关注。 氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。但是，由于氢在常温常压下为气态，密度很小，仅为空气的1／14，故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。
储氢材料研究现状与发展趋势 xxx 摘要：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,如金属储氢(镁基储氢、Fe-Ti基储氢、金属配位氢化物、钒基固溶体型储氢)、碳基储氢、有机液体储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。 关键字：储氢材料，储氢性能，金属储氢，碳基储氢，有机液体储氢。 1.引言 氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。 氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散，这给储存和运输带来很大困难。当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。储氢和输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。当氢作为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时,应符合车载状况的要求。对于车用氢气存储系统,国际能源署(IEA)提出的目标是质量储氢密度大于5wt%,体积储氢密度大于50kgH2/m3,并且放氢温度低于423K,循环寿命超过1000次;而美国能源部(DOE)提出的目标是到2010年质量储氢密度不低于6wt%,体积储氢密度大于45kgH2/m3;到2015年上述指标分别达9wt%和81kgH2/m3;到2010年车用储氢系统的实际储氢能力大于3.1kg(相当于小汽车行使500km所需的燃料)。图1给出了目前所采用和正在研究的储氢材料的储氢能力对比。
车载储氢系统标准统计文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
车载储氢系统标准统计 时间：2014-08-27 08:45:08来源： 随着各国对燃料电池汽车产业的不断投入，燃料电池汽车技术逐渐成熟，全球各大汽车集团均有燃料电池汽车商业化的计划。各国及各区域燃料电池汽车相关标准也在不断制定和完善中。目前的燃料电池汽车新标准制定主要集中于燃料电池系统及车载储氢系统两大方面。其中车载储氢系统的标准主要侧重于储氢系统的测试及加注方面。 世界各国对于车载储氢系统标准制定的进展情况各不相同，主要的标准体系包括欧盟标准、美国标准及日本标准。我国燃料电池汽车车载储氢系统标准在北京奥运会及上海世博会燃料电池示范运行的基础上同时借鉴国外标准，已有了初步的发展。目前的车载储氢系统的主要标准统计如下： 表1 国内车载储氢系统相关标准 序 号 标准号标准名称备注1 GB/T24548- 2009 燃料电池汽车整车术语 2 GB/T24549- 2009 燃料电池汽车安全要求 3 GB/T29123- 2012示范运行氢燃料电池电动汽车技 术规范 4 GB/T26990- 2011燃料电池电动汽车车载氢系统技 术要求 5 GB/T29126- 2012燃料电池电动汽车车载氢系统试 验方法
中各部件的性能要求及测试方法给出规定。JIGA标准针对车载储氢瓶的设计、制造/批试验及型式试验给出了明确规定。联合国即将发布的燃料电池车辆全球技术法规（GTR）将大部分采用日本的标准，因此日本的燃料电池汽车生产商将在新能参数方面不必做过多的调整，这也体现了目前日本在燃料电池汽车技术方面的领先地位。未来中国燃料电池汽车事业的发展仍任重而道远。
储氢材料的发展现状、应用与制备 摘要：能源危机和开发新能源一直是人类发展进程中相互依赖和相互促进的两个重要因素。为了保护环境，开发新能源，可以利用太阳能、地热、风能及海水等。其中，氢能是人类未来的理想能源，它是一种高能量密度、清洁的能源，是最有吸引力的能源形式之一，具有热值高、资源丰富、干净、无毒、无污染等特性。而氢的贮存和运输一直是个技术难题，由于制造液氢的设备费用很高，液化时又要消耗大量的能量，氢气和空气混合还会有爆炸的危险，因此能否利用氢气作为能源的关键是能否解决氢气的贮存和运输技术。本文简要讲述了储氢材料的发展现状、主要应用与制备技术。 关键词：储氢材料、性质、应用、发展、制备 1引言 当前，人类面临着能源危机，作为主要能源的石油、煤炭和天然气由于长期的过量开采已濒临枯竭。为了开发新能源，人们利用太阳能、地热、风能及海水的温差等，试图将它们转化为二次能源。氢由于其优异的特性受到高度重视，首先氢由储量丰富的水做原料，资源不受限制；第二氢燃烧的生成物是水，环境污染极少，不破坏自然循环；第三，氢由于很高的能量密度；此外，氢可以储存、输送，用途十分广泛。本文主要简述了储氢材料的基本性质、发展现状以及制备工艺。 2储氢材料的基本性质 储氢材料是一种能在晶体的空隙中大量贮存氢原子的合金材料，具有可逆吸放氢的性质。大多数金属合金（M）在一定的温度和压力条件下，与氢生成金属 →MHx+ΔH（生成热）。 氢化物（MHx）：M+XH 2 2.1储氢材料应具备的基本条件 作为储存能量的材料，储氢材料应具备以下条件： （1）易活化，氢的吸储量大； （2）用于储氢时，氢化物的生成热小；用于蓄热时生成热要尽量大； （3）在室温附近时，氢化物的离解压为203-304kPa，具有稳定的合适的平衡分解压； （4）氢的吸储或释放速度快，氢吸收和分解过程中的平衡压（滞后）小； 、水分等的耐中毒能力强； （5）对不纯物如氧、氮、CO、CO 2 （6）当氢反复吸储和释放时，微粉化少，性能不会劣化； （7）金属氢化物的有效热导率大，储氢材料价廉； （8）吸收和释放氢的速度快，氢扩散速度大，可逆性好。 2.2影响储氢材料吸储能力的因素
纳米储氢材料的研究进展* 刘战伟? (桂林电子科技大学信息材料科学与工程系，广西 桂林 541004) 摘 要：储氢材料的纳米化为新型储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文详细介绍了纳米储氢材料性能提高的机理，综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料 的最新研究进展，并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。 关键词：纳米；储氢材料；储氢性能 中图分类号：TB383 文献标识码：A文章编号：1003-7551(2009)01-0033-04 1 引言 当今世界，随着传统能源石油、煤炭日渐枯竭，且石油、煤炭燃烧产物二氧化碳和二氧化硫又分别产生温室效应和酸雨危害，使人类面临能源、资源和环境危机的严峻挑战，寻找新的能源已成为人们的普遍共识。氢作为一种洁净能源，已受到人们的充分重视[1]。近年来，在镍氢二次燃料电池等氢能的应用方面不断取得进展。20世纪60年代末，研究者发现Mg2Ni、LaNi5、FeTi等金属间化合物具有可逆储放氢气的特性，并且储氢密度大，可与液氢和固氢效果相比拟[2,3]。此后随着对于金属氢化物作为能量储存以及能量转换材料进一步深入地研究，到目前为止，已开发的贮氢合金主要有AB、AB5、AB2、A2B和镁基五大类型[4]，储氢合金主要由可与氢形成稳定氢化物的放热型金属A(La、Ti、Zr、Mg、V等)和难与氢形成氢化物但具有氢催化活性的金属B(Ni、Fe、Co、Mn等)按一定比例组成。传统的AB、AB2和A2B型储氢合金储氢量不超过2wt%，这对储氢合金的某些应用领域(如燃料电池)是远远不够的。国际能源协会(IEA)要求储氢量至少为5wt%，并且放氢温度低于423K，循环寿命超过1000次。而传统镁基储氢量高，但有放氢温度高和吸放氢动力学慢的缺点。如何获得容量大，充放氢速度快，放氢温度低的新型储氢材料，成为储氢材料与储氢技术研究和开发中至关重要的内容和亟待解决的问题。 纳米材料是指一类粒度在1～100nm之间的超细材料，是介于单个原子、分子与宏观物体之间的原子集合体，是一种典型的介观体系。由于纳米材料的比表面能高，存在大量的表面缺陷，高度的不饱和悬键，较高的化学反应活性以及自身的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等，从而使其具有常规尺寸材料所不具备光学、磁、电、热等特性，成为继互联网和基因研究之后科学领域的又一研究热点，引发了世界各国科学工作者在相关理论研究及应用开发的广泛兴趣。纳米尺度的贮氢合金呈现出许多新的热力学和动力学特征，其活化性能明显提高[5,6]，具有更高的氢扩散系统[7,8]，并具有优良的吸放氢动力学性能[7,9,10]。储氢材料的纳米化为新兴的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文详细介绍了纳米储氢材料性能提高的机理，综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料的最新研究进展，并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。 2 纳米储氢材料储氢性能提高机理 一般认为，储氢合金纳米化提高储氢特性主要表现在以下几个方面原因：（1）量子尺寸效应和宏观量子隧道效应：对于纳米尺寸的金属颗粒，连续的能带分裂为分立的能级，并且能级间的平均间距增大，使得氢原子容易获得解离所需的能量，表现为贮氢合金活化能降低和活化温度降低；（2）纳米材料的表面效应：纳米颗粒具有巨大的比表面积，电子的输送将受到微粒表面的散射，颗粒之间的界面形成电子散射的高势垒，界面电荷的积累产生界面极化，而元素的电负性差越大,合金的生成焓越负,合金氢化物越稳定，金属氢化物能够大量生成。单位体积吸纳的氢的质量明显大于宏观颗粒。（3）比表面积和催化特性：纳米贮氢合金比表面积大，表面能高，氢原子有效吸附面积显著增多，氢扩散阻力下降，而且氢解反应在合金纳米晶的催化作用下反应速率增加，纳米晶具有高比例的表面活性原子, 有利于反应物在其表面吸附,有效降低了电极表面氢原子的吸附活化能,因而具有高的电催化性能。另外，由于纳米晶粒相当细小,导致晶界和晶格缺陷增加,而晶 * 基金项目：广西研究生教育创新计划资助项目（2008105950805M438） ? 通讯作者：liuzhanwei@https://www.doczj.com/doc/c34334294.html, 收稿日期：2009-01-13 33
Mg基储氢材料的进展 一、课题国内外现状 氢能作为一种资源丰富，能量高，干净无污染的二次能源已经引起了人们的极大兴趣[1]，随着“氢经济”(以氢为能源而驱动的政治和经济)时代即将来临，氢能成为新世纪的重要二次能源已为科学界所广泛认同。 氢能的发展涉及到很多方面，如氢能技术、工程、生产、运输、储存、经济及利用等，其中储存问题是制约整个氢能系统应用的关键步骤，在已经探明的储存方法中，金属氢化物储氢具有储氢体积密度大、安全性好的优势，比较容易操作，运行成本较低，因此，金属氢化物技术的开发与研究近年来在世界各国掀起极大的热潮。其中，由于Mg密度小(1.74 g/cm3)、储氢能力高(理论上可达到7.6 wt.％)、价格低、储量丰富而使之成为一种很有前途的储氢合金材料。在众多储氢合金中，Mg基储氢合金因其储氢量大且资源丰富，价格低廉，成为最具潜力的储氢材料[2]。 然而，镁及其合金作为储氢材料也存在吸放氢速度慢、温度高及反应动力学性能差等缺点，因而严重阻碍了其实用化的进程。研究表明，将Mg基合金与具有催化活性的添加剂(过渡金属、过渡金属化合物、AB5型储氢合金等)混合球磨制备Mg基合金复合材料是提高Mg基合金吸/放氢性能的有效途径之一。针对上述Mg基储氢复合材料的研究，科研工作人员围绕以下几个方面展开工作： (1) 镁与单质金属复合 在球磨过程中添加其它单质金属元素，特别是过渡金属元素对镁的吸放氢性能有明显的改善作用。用于镁基材料复合的单质金属元素主要包括Pd、Fe、Ni、V、Ti、Co、Mo等。 Milanese等[3]研究了Al、Cu、Fe、Mn、Mo、Sn、Ti、Zn、Zr对镁吸放氢性能的影响，发现A1、Cu、Zn有助于镁的吸放氢，只有Cu能降低MgH2的稳定性，从而使其放氢温度降至270 ℃。Kwon等[4]球磨Mgl0%Ni5%Fe5%Ti混合材料，复合后其在300 ℃、1.2 MPa H2条件下吸收氢，吸氢时间分别为5 min和1 h，吸氢量分别为5.31%(质量分数，下同)和5.51%。初始吸氢速率从200 ℃升到300 ℃时增长较快，但在350 ℃时开始下降，放氢速率从200 ℃升到350 ℃时速度快速增长。他们认为添加的Ni、Fe和Ti元素能够产生活性点，并降低颗粒粒度，从而减少氢原子的扩散距离，形成新的高活性表面。同时，Ni、Fe、Ti也起到活性基点的作用，并能在球磨过程中创造缺陷，这些缺陷可以起到活性基点的作用，产生裂缝并能降低颗粒粒度。Varin等[5]在镁中添加0.5%~2.0%的纳米镍粉进行球磨储氢，结果表明，球磨70 h后，MgH2的粒径只有11~12 nm，当镍的添加量增加到2%时，储氢速率明显加快，球磨15 h，储氢密度就可达到6.0%以上；与MgH2相比，放
低成本车载储氢技术及氢电安全技术 近年来，氢作为一种清洁的“能源载体”引起了广泛关注。氢燃料电池汽车以其能量转化率高、燃料经济性好、零排放等优点，已成为最为活跃的研究领域之一。储氢技术是氢能源推广环节中的一项关键技术。然而，由于氢气的特殊性质，氢气的储存成为现今阻碍氢能推广应用的瓶颈问题。为了解决这一难题，各国科学家纷纷研究开发了多种储氢技术。目前使用比较广泛的储氢手段主要有高压储氢，液态储氢，金属氧化物储氢，碳基材料储氢以及化学储氢等。下面将车载燃料电池的几种储氢方式进行简单介绍。 高压储氢 目前，工业上应用最多的储氢方式就是高压储氢。高压储氢所用的储氢容器一般为钢制气瓶，通常商用的贮气瓶可耐受20MPa的氢气压力，从安全角度考虑，一般只贮压15MPa以下，由于氢气密度小，钢瓶自身的重量大，因此这样的方式质量储氢密度一般都低于3％。远远没有达到美国能源部提出的质量分数为6. 5% 的质量储氢密度标准和6. 2 kg/100 L 体积储氢密度标准，对于耐高压材料，科研人员研制出一种碳复合材料，其所制的容器经测试可耐受 60MPa的高压，常规情况下其可装盛45MPa的氢气，与钢瓶相比，储氢能力大幅度提高。美国通用公司首先研发出了用于燃料电池，耐压可达70MPa的双层储氢罐，该储氢罐内层为碳复合材料，外层为抗冲击外壳，可储存3.1kg高压氢气。德国基尔造船厂也研究开发出内置特种合金栅栏的新型储氢罐，其储氢性能要远高于一般容器，这
种储氢罐理论使用寿命可达25年。高压储氢的另一个研究方向是在容器内填装吸附氢气的材料，使氢气在高压时处于“准液态”状态，以此提高储氢密度。高压储氢现在虽然应用较多，但它并不是理想的储氢方式。首先是这种储氢方式需要高压氢气的注入，而升压过程便需要消耗能量，使成本提高。其次，高压储氢对于受压容器的要求高，无法保证在实际应用中各种环境条件下储氢容器的稳定性，存在一定的安全隐患，因而有些国家明令禁止高压储氢类汽车与普通汽车行驶同一路线。 低温液化储氢 低温液化储氢指的是将纯氢气冷却到-253℃，使之液化，而后将其装到低温储罐中。液态氢的密度为70.6kg／m3，其质量密度和体积密度都远高于高压储氢，对于交通工具用氢内燃机和燃料电池而言，应用前景十分诱人。然而，氢气的深冷液化过程十分困难，首先需要将氢气进行压缩，再经热交换器进行冷却，低温高压的氢气最后经节流阀进行进一步冷却，制得液态氢。墨西哥SS．SOLUCIONES 公司开发了一种内部是特殊冷却材料CRM的冷却装置，其主要优势是热焓变化大，该液化储氢装置有望在不久的将来可得到推广。目前，液态储氢技术主要用于火箭、卫星等航天领域。液态储氢技术虽前景诱人，但它的缺点也是显而易见。多级压缩冷却过程使其耗能严重，目前制备1L液氢需耗能l 1-12 KW·h。如此，液态储氢制备成本过高。另外，液态储氢对低温储罐的绝热性能要求苛刻，因此对低温储氢罐的设计制造及材料选择也成本高昂，尚属难题。
Chemical Propellants & Polymeric Materials ２０１０年第８卷第２期 · 15 · 金属储氢材料研究进展 范士锋 （海军驻西安地区军事代表局，陕西西安 ７１００６５） 摘 要：综述了金属储氢原理、目前国内外金属储氢材料的研究现状及应用研究进展，对镁系、稀土系、Ｌａｖｅｓ相系、钛系及金属配位氢化物等几个系列金属储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细介绍，并对未来金属储氢材料在民品和军工方面的应用研究方向和发展趋势进行了展望。 关键词：金属储氢材料；研究进展；发展趋势 中图分类号： ＴＧ１３９．７ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－２１９１（２０１０）０２－００１５－０５ 收稿日期：２００９－０９－０９ 作者简介：范士锋（１９７８－），男，工程师，从事战略导弹总体与固体火箭发动机研究。电子信箱：ｊｉｚｈｅｎｌｉ＠１２６．ｃｏｍ 作为燃料，氢具有最高的质量热值（其热值１．２５×１０６ｋＪ／ｋｇ，为汽油的３倍、焦炭的４．５倍）， 是理想的高能清洁燃料之一［１－２］。目前，尽管高压（低于１７ＭＰａ）气态储氢、低温（低于２０Ｋ）液态储氢等技术手段使得氢在一些常规燃料和航天推进等领域得以应用，但高压气态氢体积热值小以及低温液态氢液化过程耗能高、使用条件苛刻等问题严重限制了氢作为火炸药能量供给组分的应用。利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的固体储氢方式，能有效克服上述储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、使用和运输便利。因此，今后储氢研究的重点将是新型高性能储氢材料的研发，目前研究较为广泛的主要是金属储氢材料［３］。 储氢材料按氢的结合方式可分为化学键合储氢（如储氢合金、配位氢化物、氨基化合物、有机液体碳氢化合物等）和物理吸附储氢（碳纳米管、多孔碳基材料、金属有机框架材料、纳米储氢材料、多孔聚合物等）。从上述储氢材料的性能（燃烧热、材料密度、储氢密度、反应活性）等衡量标准分析，高热值的金属储氢材料（包括金属氢化物或合金储氢材料）是火炸药燃料组分的发展重点。 文中主要针对当前金属储氢材料的研究热点和存在问题，对相关金属储氢材料的国内外研究进展进行较为详细的综述，以期为此类高性能材料在火炸药中的应用提供研究思路。 １ 金属储氢原理及储氢研究现状 传统的氢气存储方式中，气态储氢方式简单 方便，是目前储存压力低于１７ＭＰａ的常用方法，但存在着体积密度小、运输和使用过程中易燃易爆等缺点；液态储氢方法的体积密度（７０ｋｇ／ｍ３）较高，但氢气的液化需要冷却到２０Ｋ的超低温下才能实现，此过程需消耗的能量约占所储存氢能的２５％￣４５％，且液态氢使用条件苛刻，对储罐绝热性能要求高，目前只限于航天领域。金属储氢材料是目前研究较为广泛、成熟的新型高性能大规模储氢材料之一，其储氢密度高、安全性好、适于大规模氢气储运，最重要的特性是能够可逆地吸、放大量氢气。氢一旦与储氢合金接触，即在其表面分解为Ｈ原子，Ｈ原子扩散进入合金内部直至与合金发生反应而生成金属氢化物，氢即以原子态储存在金属结晶点内（四面体与八面体间隙位置）。在一定温度和氢压强条件下，上述吸、放氢反应式如下式所示： 其中，吸氢过程放热，放氢过程吸热，上述吸、放氢反应过程热力学和动力学与温度、氢压力密切相关，特别是放氢压力与反应温度呈指数变化关系［４］。 储氢材料性能的衡量标准主要用以下２个产量表示：体积储氢密度和质量储氢密度。其中，体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量（ｋｇ／ｍ３），质量储氢密度为系统储存氢气的质量与系统质量的比值（质量分数）。考虑储氢材料在火炸药中的应用，系统燃烧热（与储存介质的热值和储氢质量分数的大小密切相关）、系统密度（与储存介质的密度和结构相关）和反应活性（ 与氧化
目录 1.前言 (3) 2.储氢材料 (4) 2.1金属储氢材料 (4) 2.1.1镁基储氢材料 (5) 2.1.2钛基（Fe-Ti）储氢材料 (8) 2.1.3稀土系合金储氢材料 (9) 2.1.4锆系合金储氢材料 (10) 2.1.5金属配位氢化物 (11) 2.2碳质储氢材料 (11) 2.3液态有机储氢材料 (12) 3.储氢方式 (14) 3.1气态储存 (14) 3.2液化储存 (14) 3.3固态储存 (15) 4.氢能前景 (15) 参考文献 (17)
储氢材料的研究与发展前景 摘要：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, 如镁基储氢材料钛碳基储氢材料、稀土储氢材料、碳质储氢等材料的研究进展、发展前景和方向。 关键字：储氢材料，储氢性能，储氢方式，发展前景 1.前言 当今世界, 化石燃料储量正在迅速减少, 现存储量不能满足日益增长的需求。目前世界能源的80%来源于化石燃料, 但化石燃料的使用产生了大量有害物质, 对环境造成巨大影响。因此, 加速能源系统向可再生能源转换以适应当前和未来世界能源需求, 是迫切需要解决问题。 氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。 氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散，这给储存和运输带来很大困难。当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。储氢和输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。当氢作为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时,应符合车载状况的要求。对于车用氢气存储系统,国际能源署(IEA)
2018年第2期 作者简介：于忠华（1990-），男，辽宁大连人，主要从事对于气体的存放、监测，做系统的统计工作。 时代农机 TIMES AGRICULTURAL MACHINERY 第45卷第2期Vol.45No.2 2018年2月Feb.2018 氢气储存方法的现状及发展 于忠华1，云建2 (1.,116600; 2.(),116600) 摘要：氢能是当前一项重要新能源，如何有效存储氢是一个非常重要环节。为此文章将对几种常用的氢气储存方法及其现状进行分析，并探讨其发展趋势，以供广大同行参考与交流。 关键词：氢气；储存；方法；现状；发展 1氢气储存方法的现状 （1）压缩储氢。当前，一种较为常见的氢气储存方法就是加压压缩储氢，一般来说都是使用质量较大的钢瓶作为容器。但是因为其氢气密度较低，所以储氢效率不高，将压力增加到15MPa 时，质量储氢密度在3%以下。而对于移动用途来说，将氢气压力提高来增加其携氢量则容易致使氢脆情况出现或是氢分子在容器壁逸出。所以近几年对该种存储方法进行研究，一方面是优化容器材料，让使用的容器耐压更高，且自重更轻，并能够降低氢分子透过容器壁的几率，切实防止氢脆情况出现。当前主要使用的是外面包覆浸有树脂，锻压铝合金为内胆的碳纤维作为储氢容器。另一方面研究在于将部分吸氢物质添加至容器内，用以将储氢密度有效提升，一旦压力减小，便能够自动释放氢出来。 （2）液化储氢。在一般压力情况下，液氢熔点在-253℃，而在-253℃和正常压力情况下气态氢能够液化成液态氢，而液态氢密度是气态氢的845倍，且每kg 液氢热量是汽油的3倍，所以液态储氢非常适合用在储存空间较为有限的场所，例如汽车发动机、航天飞机用的火箭发动机等运输工具当中。但是液化储氢需要使用到超低温用的特殊容器，如若所使用的容器绝热与装料达不到相应要求则容易致使大量蒸发损失。所以当前研究重点在于研究高度绝热的储氢容器。 （3）空心玻璃微球储氢。结合实践来看，空心玻璃微球具有一个特点，即高温状态（300~400℃）呈现出多孔性而常温状态则是非渗透性。而空心玻璃微球的这个特点在当前技术水平下可以用于储存氢气。首先，空气玻璃微球放到10~200MPa 的高压状态中，然后利用设备将氢气加热到200~300℃压进玻璃微球里面，最后待压力和温度降低下来氢气扩散性便因此降低了，这样空心玻璃微球中便完成了氢气储存。通过对相关实验研究可知，空心玻璃微球在一定条件下（比如62MPa 或370℃等情况），微球之中储氢含量可达95%左右。而要想使用氢气的时候只需使用加热储器即可。相较于别的储氢方法，空心玻璃微球具有使用较低成本、稳定性强以及储氢能力高等优点，使其成为了当前氢气储存行业一个重点研究方向。 （4）金属氢化物储氢。氢几乎能够和元素周期表上的惰性气体外的其他元素发生反应生产氢化物，而部分金属间化合物、合金、过渡金属等因为其特殊的晶格结构等因素，在特定 条件下，氢原子能够进到金属晶格的四面体或八面体间隙中生成金属氢化物。在1×106Pa 压力下，金属氰化物有着储氢能力在100kg/m 3以上不过因为金属具有较大密度，从而使得氢的质量在2%~7%左右。除此之外，因为氢不可逆损伤，所以在使用金属储氢方式是常常会出现氢沉淀、高温氢腐蚀、氢化物致使的脆性、氢化物析出而导致的弹性畸变、氢致马氏相变等大大缩短了储氢金属的使用寿命。当前，该项技术正朝着研发更便宜、更轻的金属材料、缩短金属氢化物对氢的充放市场、降低因为充放氢频率过快而损害到储存系统、有效结合压缩储氢与金属氢化物以更好的提高氢气存储数量与效率等方向发展。 2氢气储存的发展探究 总得来说，作为氢能利用的一项关键技术，氢气储存的成本、效率以及含量等等都直接决定着氢能是否得到更好地利用。虽然从实际情况来看，现阶段氢气存储在技术、材料等方面距离氢能实用化还有很长的道路要走。但在科学技术不断发展进步的背景之下，氢气储存领域也取得了不小的进步。以氢气储存方式来说，在现实中氢气储存行业上有着多种方式。①压缩的方式相比于液化具有众多优点，比如效率高、成本低以及带来环境污染低等等；②液化储氢方式虽然成本相比于压缩成本要高的多，但其能量密度却很高，所以它被应用在航空以及军事领域当中；③金属氢化物方式缺点在于成本较高、质量大，但其优点则是储氢密度是当前所有方式最大的，高达100kg/m 3；④碳质吸附方式。该方式是氢气储存领域最新的技术，虽然其仍处在初期研究时期，但碳质吸附方式所具有储氢机理、条件简单以及含量高等诸多优点是使成为了氢气储存行业中的一个重点研究及发展方向。另外，氢气储存今后一个重点发展方向在于实现更高的安全性，为此当前在存储介质材料、安全标准等方面都有着很大的研究。 3结语 总而言之，在能源极为紧缺的今天，氢气作为一种来源广泛、储量丰富、具有较高能量密度的绿色能源正逐步受到社会的关注。在常温常压装填下，氢是以气态形式存在，密度是空气的1/14，所以如何有效储氢是一个关键问题。文章对当前我国氢气储存方法的现状及发展进行分析与探讨，希望能起到 抛砖引玉作用。 参考文献 ［1］张超，鲁雪生，顾安忠.天然气和氢气吸附储存吸附热研究现状［J ］. 太阳能学报，2004，25（2）：249-253. 95
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/c34334294.html, 车载储氢研究新进展 作者：王振庭郑青榕徐轶群 来源：《硅谷》2008年第20期 [摘要]参照燃料电池汽车对车载储氢系统单位质量储氢密度与体积储氢密度的目标要求，对目前已应用或处于研发阶段的一些储氢技术的性能指标和存在的问题进行了分析和探讨。并且介绍当前车载所采用或正在研究的主要储氢材料与技术，如高压氢气、液氢、金属氢化物储氢、吸附储氢、金属有机构架储氢等，比较各种储氢技术的优缺点，并指出其发展趋势。 [关键词]储氢高压氢气液氢金属氢化物吸附金属有机构架 中图分类号：TK91 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1020118－01 一、前言 日益匮乏的化石能源和严重的环境污染问题，迫使我们寻求新的无污染的可再生能源。氢能是一种无污染的可再生能源。当前氢能研究的直接目标是以氢燃料电池为动力的电动汽车。目前，制约氢燃料电池电动汽车发展的三大障碍是：①质子交换膜燃料电池的价格较高；②无适宜的储氢技术；③没有氢源基础设施。在这三大障碍中，储氢问题一直没有得到很好的解决。美国能源部(The Department of Energy，DOE)对车载储氢技术设定的目标为：在温和的条件下，重量储氢密度达到6.5wt%，体积储氢密度达到王振庭郑青榕徐轶群 (集美大学轮机工程学院福建厦门361021)[1]。但是，综观目前所有实际可用的车载储氢技术，包括高压氢气、液氢、金属氢化物储氢、吸附储氢等方式，还没有一种储氢系统能达到这个标准。 若使氢燃料电池汽车具有与油料车同样的额定里程，车上必须一次充5kg氢气。常温、常压下5kg氢气体积是55.6m3。储氢的关键就转换到如何把55.6m3的体积转化为100升以下（体积减少到原来的556分之一）[2]，所用方法还须保证氢气充放快速、可逆、廉价。本文对目前已应用或处于研发阶段的一些储氢技术的性能指标和存在的问题进行了分析和探讨。 二、高压气态储氢
储氢材料研究现状和发展前景摘要：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, 如镁基储氢材料、碳基储氢材料、纳米储氢材料、稀土储氢材料、氨硼烷基 储氢材料的研究进展、发展前景和方向。 关键词：储氢材料、研究现状、发展前景、研究方向 Research and development prospects of the hydrogen storage materials Abstract: As a new type of green energy with high energy density, hydrogen has at tracted extensive attentionon research and applicat ions al l over the world. Consequently, hydrogen storage materials, which are important carriers in hydrogen storage and transport , are one of the hot research topics nowadays.This article reviews the hydrogen storage materials ，such as magnesium based hydrogen storage materials, carbon-based hydrogen storage materials, nanotechnology, hydrogen storage materials, rare earth hydrogen storage materials, ammonia boron alkyl hydrogen storage materials. we review the development prospects and direction. Keywords: hydrogen storage materials; Research; Prospects for development; Research Orientation 引言 当今世界, 化石燃料储量正在迅速减少, 现存储量不能满足日益增长的需求。目前世界能源的80%来源于化石燃料, 但化石燃料的使用产生了大量有害物质, 对环境造成巨大影响。因此, 加速能源系统向可再生能源转换以适应当前和未来世界能源需求, 是迫切需要解决问题。 氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体, 正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视, 以期在21 世纪中叶进入氢能经济时代。氢能的利用需要解决三个问题: