氢气的运输和储存在线视频

大家好

本节我们接着来学习

燃料电池氢源的相关知识

氢气的运输和储存

能源形式的运输和储存技术

一直以来都是制约其发展

与应用的重要因素之一

由于电力可以随意使用

所以它成为了转动现代文明

各种机器的能量源

如果想运输电能

那就准备好一根电线

电力输送其实很简单

但是输电损耗却无法避免

部分电能会转化为热量损失掉

而且距离越长 输电损耗越大

现在绝大部分电力来源于火力发电

若将一次性能源转化为电力使用

发电过程中约60%的能量会以热量的形式损失

近年来 火力发电站的效率有所提升

这个数据可以降低至40%左右

但依然不可小觑

相比之下 氢气的运输具备了先天的优势

将氢气储存在氢罐中

可以通过车辆进行长距离运输

虽然运输过程中驱动运输工具也会有能量消耗

但消耗总量可控

所以 将一次性能源转化为氢能使用时

可以将其储存到氢罐等设备内

根据需要将氢气运送到能源消费的现场

供各个终端的燃料电池使用

在这个过程中

终端燃料电池产生的电力和

发电过程中产生的热量都可当场使用

以此实现能源的有效利用

此外 燃料电池汽车的产业化

及加氢站的建设

不但推动了氢能利用的普及度

且进一步提高了氢能的利用效率

那么 现阶段氢气如何储存呢

目前氢气的储存主要有气态储氢

液态储氢 金属氢化物储氢 有机液体储氢

多孔材料储氢等方法

气态储氢即采用压缩气体的方法储氢

是目前最简单

最常见的储氢技术

其中 压缩气体可分为低压 中压和高压三类

低压氢气常用于气象气球或袋装储存

如公共汽车顶部的存储袋

中国和印度广泛使用此类储箱存储生物气燃料

中压容器开始于空气和丙烷的存储

常用压力为1.7MPa

用于氢气存储的压力仅为0.41-0.86MPa

中压气态容器的材质多为低碳钢

或其它对氢脆不敏感的合金

高碳钢不适用于压力储存容器

高压储氢是密度最大的气态储氢技术

压力范围为14-40MPa

通常用钢瓶来压缩储氢

近年来对此项储氢技术的改进

主要体现在两个方面

一方面是对容器材料进行改进

可提高容器的承受压力

另一方面可向容器中加入某些吸氢物质

提高压缩氢的储氢密度

液态储氢是一种深冷的液氢储存技术

氢气经过压缩后

深冷到-252.6℃的低温

使之变为液氢

然后存储到特制的绝热真空容器中

常温常压下液氢的密度为气态氢的85倍

液氢的体积能量密度也远高于气态压缩储存

这样同一体积的储氢容器

其储氢质量大幅度提高

需要注意的是液化完成后

防止挥发又是一个难点

即使将液化氢储存在内部像暖瓶一样

做过真空处理的有隔热结构的罐子里

每天也会有0.5%左右的氢蒸发

金属氢化物储氢是指某些金属

或合金与氢反应后以金属氢化物的形式吸氢

生成的金属氢化物加热后

可释放出氢的一类储氢方式

此种储氢方法是近30年来发展的新技术

具体而言在一定的温度和压力下

许多金属 合金与气态氢气可逆反应

生成金属固溶体MHx和氢化物MHy

反应分三步进行

首先 吸收少量氢后 形成固溶体α相

合金结构保持不变

其固溶度与固溶体平衡氢压的平方根呈正比

其次 固溶体进一步与氢反应

产生相变从而生成氢化物相β相

最后 提高氢压

金属中的氢含量略微增加

该反应是一个可逆反应

吸氢时放热 放氢时吸热

另外一种备受关注的将氢转化为

液体的技术为“有机氢化物法”

这种技术是指

使甲苯与氢发生化学反应生成“甲基环已烷”

这种物质在常温下是液体

以此进行氢的运输和储存

可将氢的体积缩小至原来的1/500

在需要使用氢时

从甲基环已烷液体中将氢分离出来

而氢分离之后

甲苯会被回收再利用

虽然该种方法在分离氢时需要用到催化剂

但常温液态运输无疑为

氢的长时间储存提供便利性

在储氢技术研发领域内

多孔材料储氢是近年来出现

的利用吸附理论的物理储氢方法

氢在多孔材料中的吸附储存主要有

活性炭上吸附和碳纳米材料吸附储存

因此储存碳材料主要有单壁碳纳米管

多壁碳纳米管 碳纳米纤维 碳纳米石墨

高比表面积活性炭等

另外

碳材料与金属联合储氢也受到了极大的重视

对于碳纳米管

无论是单壁管还是多壁管

它均是由单层或多层的石墨片卷曲而成

具有长径比较高的纳米级中空管

从而对氢气进行吸附

对于碳纳米纤维

由于具有很高的比表面积

大量的氢气可被吸附于其纳米结构表面

并为氢气进入纤维内部提供了主要通道

进一步而言

作为一类新型多孔材料

MOFs储氢展现了巨大的潜在应用价值

MOFs是金属有机骨架化合物的简称

是由无机金属中心

与桥连有机配体通过自组装相互连接

形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料

作为一种有机-无机杂化材料

MOFs既不同于无机多孔材料

也不同于一般的有机配合物

而兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征

通过调节中心金属

有机配体及二者的配位方式

可制备具有特殊孔道构成的MOFs材料

而此类具有多孔

大比表面积和多金属位点等特性的结构

则是理想的氢气存贮材料

以上我们介绍了主要的氢能运输和储存方法

无论哪种方法

都有各自的优缺点

可根据输送距离

氢使用者的情况来选择不同的运输储存方法

本章主要从工作原理

电池分类及应用

氢能的利用技术

等方面介绍了燃料电池的相关知识

可以看出

燃料电池技术已实现了在航天飞机

宇宙飞船及潜艇等特殊领域的应用

而民用方面由于受寿命与成本的制约

至今依然处于初步示范阶段

未来我国应大力推进

燃料电池在特殊领域的应用

同时要集中解决寿命与成本问题

从而可进一步发展低碳 减排

不依赖于化石能源的能量转化技术体系

好这节课到此为止