200多年前，英國化學(xué)家卡文迪許發(fā)現(xiàn)了氫氣。其時(shí)人們就發(fā)現(xiàn)氫是一種能量密度很高的清潔可再生動(dòng)力，但其特別性質(zhì)導(dǎo)致難以常溫常壓貯存，泄漏后有爆破危險(xiǎn)，安全儲(chǔ)運(yùn)方法的缺乏使氫能使用叫好不叫座。

    最近，儲(chǔ)氫方法有了新的打破。一種以固態(tài)儲(chǔ)氫為氫源的助力和全電二輪車在江蘇研發(fā)成功，其安全高效的儲(chǔ)氫手法破解儲(chǔ)運(yùn)和使用難題，在工業(yè)、交通范疇發(fā)揮重要作用;一旦處理推廣難題，固態(tài)儲(chǔ)氫將在未來動(dòng)力格式中扮演重要角色。

    氫能儲(chǔ)運(yùn)

    面對(duì)安全和本錢應(yīng)戰(zhàn)

    化學(xué)元素氫，其原子在元素周期表中最小，也是最輕的元素。它無色無味，在宇宙中含量最多，大約占有宇宙質(zhì)量的75%。

    “咱們現(xiàn)在所使用的動(dòng)力都與碳有關(guān)，但氫能在未來將占有舉足輕重的地位。”江蘇省工業(yè)技能研究院集萃先進(jìn)動(dòng)力資料與使用技能研究所所長周少雄博士告知《科技周刊》記者，氫在地球自然界中散布很廣，它可以由水制取，也可以經(jīng)過太陽能、風(fēng)能等可再生動(dòng)力取得，被認(rèn)為是理想的動(dòng)力或動(dòng)力載體。

    當(dāng)前，我國正面對(duì)動(dòng)力安全和碳排放兩大應(yīng)戰(zhàn)，動(dòng)力結(jié)構(gòu)亟待向低碳、清潔、智能化的方向轉(zhuǎn)型。氫能除了使用于燃料電池轎車，還可使用于發(fā)電、工業(yè)及其修建等范疇，因而，將氫能歸入我國整個(gè)動(dòng)力體系備受關(guān)注。

    “氫能的使用包含制備、儲(chǔ)運(yùn)、使用3個(gè)環(huán)節(jié)，第一步和第三步都處理了，而第二步安全儲(chǔ)運(yùn)是氫能使用的要害環(huán)節(jié)。”周少雄介紹說，氫通常以氣態(tài)形式存在，且易燃、易爆、易擴(kuò)散，這就給氫的安全貯存和運(yùn)送帶來了很大的困難。

    現(xiàn)在，氫氣的儲(chǔ)運(yùn)首要分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)3種方法。氣態(tài)儲(chǔ)氫較為常見，可分為低壓和高壓兩種。在商業(yè)區(qū)賣氣球的小販，會(huì)隨身帶著一個(gè)鋼瓶，這就是低壓儲(chǔ)氫罐。而我國常見的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫氣壓到達(dá)35兆帕，這就對(duì)壓力容器提出了極高要求，現(xiàn)在高壓儲(chǔ)氫罐選用碳纖維制造，本錢極高且要耗費(fèi)較大的動(dòng)力進(jìn)行緊縮。

    “當(dāng)然，氫氣也可以以液態(tài)方法存在，可將氫氣緊縮冷卻完成液態(tài)貯存，但本錢巨大，要耗費(fèi)很多的能量，使用特別的容器，只要在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等不計(jì)本錢的場景中使用。”周少雄表明，氫能發(fā)現(xiàn)至今叫好不叫座的原因在于運(yùn)送本錢的考量，因而開發(fā)新式低壓高效的儲(chǔ)氫技能至關(guān)重要，他們發(fā)現(xiàn)，發(fā)展固態(tài)儲(chǔ)氫技能是一條“陽關(guān)大道”。

    合金資料打破

    引發(fā)儲(chǔ)氫技能革新

    “固態(tài)儲(chǔ)氫相關(guān)于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫，具有體積儲(chǔ)氫密度高、工作壓力低、安全功能好等優(yōu)勢(shì)。”周少雄介紹，固態(tài)儲(chǔ)氫是未來高密度貯存和安全氫能使用的發(fā)展方向。固態(tài)貯存需求用到儲(chǔ)氫資料，現(xiàn)在技能較為老練的儲(chǔ)氫資料首要是金屬合金。

    金屬合金和儲(chǔ)氫有啥聯(lián)系?在先進(jìn)動(dòng)力資料與使用技能研究所，記者看到一輛電動(dòng)自行車。這輛自行車沒有電瓶，但身上有兩個(gè)細(xì)巧的氫氣罐，里邊裝滿了合金粉末，即便管子破損也不會(huì)產(chǎn)生高壓，2個(gè)小罐儲(chǔ)藏的氫能能供自行車行駛120公里，氫氣用完后更換氫氣罐即可。

    “某些金屬或合金與氫反響后以金屬氫化物形式吸氫，生成的金屬氫化物加熱后開釋出氫氣，咱們使用這一特性有用儲(chǔ)氫。”周少雄解說說，儲(chǔ)氫合金一般由兩部分組成，一部分為吸氫元素或與氫有很強(qiáng)親和力的元素，它操控著儲(chǔ)氫量的多少，是組成儲(chǔ)氫合金的要害元素，首要包含鈦、鎂等;另一部分是吸氫量小或根本不吸氫的元素，常見的有鐵、鎳等。

    這些合金資料與氫氣在低溫的條件下發(fā)生化學(xué)反響，氫氣在其外表分解為氫原子。合金資料內(nèi)部有很多細(xì)微的晶格，氫原子擴(kuò)散進(jìn)入到晶格內(nèi)部空隙中，形成金屬氫化物。想要把氫原子“開釋”出來也很簡單，只需施加一定熱量，儲(chǔ)氫資料就可以分出氫氣。

    周少雄告知記者，現(xiàn)在他們開發(fā)的低溫固態(tài)儲(chǔ)氫資料可以存儲(chǔ)其體積上百倍的氫氣，因而其儲(chǔ)氫密度比液氫還高。這些合金資料功能十分穩(wěn)定，不會(huì)燃燒爆破，可逆性好，重復(fù)使用不低于5000次，其綜合本錢已迫臨鋰電池。

    近年來，世界各國在固態(tài)儲(chǔ)氫使用和新式儲(chǔ)氫資料的研發(fā)上取得了許多發(fā)展，老練的儲(chǔ)氫資料已在熱電聯(lián)供、儲(chǔ)能、車載燃料電池氫源體系等多個(gè)范疇得到使用，德國一家公司乃至將固態(tài)儲(chǔ)氫體系用于燃料電池潛艇中。周少雄介紹，研究所最新研制的含鎂儲(chǔ)氫資料，貯存容量可達(dá)每立方米110千克，遠(yuǎn)超美國動(dòng)力局提出的儲(chǔ)氫“終極目標(biāo)”，在國際上領(lǐng)先。

    不過，他也坦言，制約固態(tài)儲(chǔ)氫技能使用的一點(diǎn)是放氫溫度要求過高，需求到達(dá)250℃以上。為處理固態(tài)儲(chǔ)氫需求高溫環(huán)境的問題，現(xiàn)在，國內(nèi)外專家學(xué)者正經(jīng)過各種方法來調(diào)控其熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和循環(huán)壽數(shù)功能，嘗試添加催化劑，降低其氫能充放過程中所需的環(huán)境溫度，希望可以提前完成商用。

    固態(tài)儲(chǔ)氫罐

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    氫能使用問題的中心在于本錢最優(yōu)，那么固態(tài)儲(chǔ)氫是否在本錢上有優(yōu)勢(shì)呢?周少雄解說，低溫固態(tài)儲(chǔ)氫資料技能老練，本錢可控，整套裝置悉數(shù)完成國產(chǎn)化，無需政府補(bǔ)助也可以完成商業(yè)化使用。

    以研究所開發(fā)的固態(tài)儲(chǔ)氫為氫源的百瓦級(jí)氫燃料電池發(fā)電體系為例，只需55克氫氣就能驅(qū)動(dòng)自行車行駛80公里，而這55克氫氣就貯存在一個(gè)一般礦泉水瓶大小的罐子里，儲(chǔ)氫壓力僅相當(dāng)于一般氣球。

    現(xiàn)在固態(tài)儲(chǔ)氫資料特別是鎂基儲(chǔ)氫合金，由于具有高的質(zhì)量，儲(chǔ)氫密度適合于氫儲(chǔ)運(yùn)，為固態(tài)儲(chǔ)氫技能處理高安全經(jīng)濟(jì)的“儲(chǔ)運(yùn)”和“為避免‘儲(chǔ)用’卡脖子提供了優(yōu)選方案”。周少雄表明，但鎂基儲(chǔ)氫合金放氫溫度高，需求處理熱源問題，我國“十四五”期間經(jīng)過科技攻關(guān)，預(yù)期可以完成固態(tài)儲(chǔ)氫技能在氫儲(chǔ)運(yùn)方面的使用。另外，固態(tài)儲(chǔ)氫可以將渙散的工業(yè)副產(chǎn)氫簡便、安全、低本錢地儲(chǔ)集起來，節(jié)省了高昂的運(yùn)送費(fèi)用和工業(yè)副產(chǎn)氫的使用率。

    周少雄表明，固態(tài)儲(chǔ)氫即儲(chǔ)氫合金技能使用很廣，如電化學(xué)儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氫裝置、氫緊縮機(jī)、熱辦理、氫別離、純化、催化、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等方面，我們熟知的就是作為燃料電池的氫源。

    在工業(yè)方面，氫冶金關(guān)于氫的用量方面十分大，在交通范疇方面，隨著燃料電池技能的打破及國產(chǎn)化，會(huì)在轎車、船舶、軌道交通、叉車、摩托車、自行車完成工業(yè)化，走向千家萬戶。

    《科技周刊》記者了解到，現(xiàn)在，我國固態(tài)儲(chǔ)氫使用已取得了較大發(fā)展。固態(tài)車儲(chǔ)氫體系已成功使用于燃料電池客車中，不需高壓加氫站，15分鐘左右即可充滿氫，已累計(jì)運(yùn)行1.5萬公里。在重貨車范疇今年開宣布一臺(tái)4.5噸固態(tài)儲(chǔ)氫燃料電池冷藏車，作為通信基站備用電源，可繼續(xù)運(yùn)行16小時(shí)以上。

    周少雄大膽預(yù)言：“固態(tài)儲(chǔ)氫罐可以做成像干電池一樣的產(chǎn)品，未來可在便利店或超市到處購買，也可以將使用完的氫動(dòng)力空瓶放置存儲(chǔ)箱，由快遞員每日更換。”在他看來，固態(tài)儲(chǔ)氫技能推廣后，氫能的使用不限制在燃料電池轎車，還包含氫能發(fā)電、工業(yè)使用及修建使用等，還可以與數(shù)字化技能結(jié)合，讓以固態(tài)儲(chǔ)氫為氫源的氫燃料電池動(dòng)力體系在無人駕駛、深海裝備等許多范疇發(fā)揮重要作用。來源：新華日?qǐng)?bào)