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汽车|制氢、储运、加氢产业链知识大全( 四 )


储氢材料种类非常多 ， 主要可分为物理吸附储氢和化学氢化物储氢 。 其中物理吸附储氢又可分为金属有机框架(MOFs)和纳米结构碳材料 ， 化学氢化物储氢又可分为金属氢化物(包括简单金属氢化物和简单金属氢化物) ， 非金属氰化物(包括硼氢化物和有机氢化物) 。
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图6 固体储氢材料分类
物理吸附储氢材料是借助气体分子与储氢材料间的较弱的范德华力来进行储氢的一种材料 。 纳米结构碳材料包括碳纳米管、富勒稀、纳米碳纤维等 ， 在77K下最大可以吸附约4wt%氢气 。 金属有机框架材料(MOFs) 具有较碳纳米材料更高的储氢量 ， 可以达到4.5wt% ， 并且MOFs的储氢容量与其比表面积大致呈正比关系 。 但是 ， 这些物理吸附储氢材料是借助气体分子与储氢材料间的较弱的范德华力来进行储氢 ， 根据热力学推算其只能在低温下大量吸氢 。
化学氢化物储氢的最大特点是储氢量大 ， 目前所知的就有至少16种材料理论储氢量超过DOE 最终目标7.5wt% ， 有不下6种理论储氢量大于12wt% 。 并且在这种储氢材料中 ， 氢是以原子状态储存于合金中 ， 受热效应和速度的制约 ， 输运更加安全 。 但同时由于这类材料的氢化物过于稳定 ， 热交换比较困难 ， 加/脱氢只能在较高温度下进行 ， 这是制约氢化物储氢实际应用的主要因素 。
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图7 固体储氢材料分类
目前各种材料基本都处于研究阶段 ， 均存在不同的问题 。 金属有机框架(MOFs)体系可逆 ， 但操作温度低;纳米结构材料操作温度低 ， 储氢温度低;金属氢化物体系可逆 ， 但多含重物质元素 ， 储氢容量低;二元金属氢化物体系可逆 ， 但热力学和热力学性质差;复杂金属氢化物储氢容量高 ， 局部可逆 ， 种类多样;非金属氢化物储存容量高 ， 温度适宜 ， 但体系不可逆 。 实现“高效储氢”的技术路线主要是要克服吸放氢温度的限制 。
四、有机液体储氢近年来备受关注
有机液体储氢技术是通过不饱和液体有机物的可逆加氢和脱氢反应来实现储氢 。 理论上 ， 烯烃、炔烃以及某些不饱和芳香烃与其相应氢化物 ， 如苯-环己烷、甲基苯-甲基环己烷等可在不破坏碳环主体结构下进行加氢和脱氢 ， 并且反应可逆 。
有机液体具有高的质量和体积储氢密度 ， 现常用材料(如环己烷、甲基环己烷、十氢化萘等)均可达到规定标准;环己烷和甲基环己烷等在常温常压下呈液态 ， 与汽油类似 ， 可用现有管道设备进行储存和运输 ， 安全方便 ， 并且可以长距离运输;催化加氢和脱氢反应可逆 ， 储氢介质可循环使用;可长期储存 ， 一定程度上解决能源短缺问题 。
有机液体储氢也存在很多不足：技术操作条件较为苛刻 ， 要求催化加氢和脱氢的装置配置较高 ， 导致费用较高;脱氢反应需在低压高温非均相条件下 ， 受传热传质和反应平衡极限的限制 ， 脱氢反应效率较低 ， 且容易发生副反应 ， 使得释放的氢气不纯 ， 而且在高温条件下容易破坏脱氢催化剂的孔结构 ， 导致结焦失活 。
国内富瑞特装公司的常压有机液态储氢材料目前取得实质性进展 ， 该储氢材料能有效降低脱氢温度 ， 具有非常优异的技术指标：(1)稳定性好 ， 熔点约-20℃;(2)加氢产物蒸汽压低 ， 具有良好的实用性与安全性;(3)储氢重量密度6.0wt% ， 高于美国能源部2015年技术指标;(4)储氢体积密度约每升60克 ， 高于700大气压下的高压气态储氢密度(约每升39克);(5)加氢后的储氢载体熔点低于-50℃ ， 沸点约310℃ ， 闪点约150℃;(6)加、脱氢可逆性好 ， 无副反应发生 ， 脱出氢气纯度达到99.99%;(7)加、脱氢产物无明显毒性;(8)加、脱氢过程调控可通过温控和催化剂实现 。 公司将形成年产3万吨液态氢源材料生产能力 。


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