车载高压-固态复合储氢系统储氢密度的数值分析

考虑储氢合金、复合材料外容器与内构件特性,建立了高压-固态复合系统储氢密度数值分析模型。分析结果表明,提高合金储氢容量、降低内构件质量是提升系统储氢密度的重要手段;增加合金装填量会大幅度提升系统体积储氢密度,但降低质量储氢密度;选用较大容积复合材料外容器有助于提升系统储氢密度。在70 L复合材料外容器内装填20%储氢容量0.02 kg H2/kg MH、吸氢膨胀系数20%的合金,考虑内构件影响与不考虑内构件影响相比,质量和体积储氢密度分别降低5.0%~8.2%和2.6%~4.4%。

车载液氢瓶的储氢密度影响规律研究

液氢瓶是氢能源汽车首选的储氢方式。基于线性屈曲模拟稳定性分析和极限承载能力分析方法,设计了18种规格的双壁层结构液氢瓶,并探讨了内容器直径、材料和长径比的变化对质量储氢密度、体积储氢密度的影响规律。结果表明:长度一定时,储氢密度随内容器长径比增大而减少;内/外容器采用薄壁铝合金/碳纤维缠绕复合材料能提高液氢瓶储氢密度。

温和条件下甲烷提高水合物储氢稳定特性机理

CH_(4)作为促进剂可大幅降低水合物储氢苛刻的热力学条件并提高H_(2)水合物的总储能密度,但目前对CH_(4)提升水合物储氢机理的认识较为缺乏。为此,通过分子动力学模拟研究并建立了CH_(4)/H_(2)双客体分子水合物模型,采用径向分布函数、构象分析和均方位移等方法综合分析了不同温度和压力下水合物结构的稳定性,探究了H_(2)占据孔穴位置、占据比例和水合物热力学稳定性之间的关联,揭示了温和条件下CH_(4)促进水合物储氢的微观机理。研究结果表明:(1)纯H_(2)水合物在严苛条件下笼型结构破损严重,而纯CH_(4)水合物在263~273 K及5~20 MPa温压条件下能稳定存在,说明CH_(4)水合物具备良好的热力学稳定性;(2) 263 K下储氢结构更为稳定,而5^(12)小笼可填充1~2个H_(2)分子,5^(12)6~2大笼中最佳储存3个H_(2)分子,且大笼储氢结构对水合物稳定性影响大,受温度的影响更为敏感。结论认为,CH_(4)/H_(2)水合物储氢体系3L+2S、3L+2L、2S+2S体系在263 K、15~20 MPa温和条件下综合性能较好,其中3L+2S具备最优的热力学稳定性,储氢密度可达0.301%(质量百分比),该研究成果可为水合物储氢技术开发提供理论指导和技术参考。

储氢技术研究现状及进展

储氢环节是连接氢生产到应用的桥梁,也是高效利用氢能的基础。高压气态储氢技术最成熟、应用最广泛,研制轻质、高压、耐腐蚀性强、稳定性好的储氢容器将是未来高压储氢的研发热点。固态储氢是利用固体材料吸附方式实现氢的存储,主要包括金属材料、复合氢化物、碳基材料、有机框架储氢材料、无机多孔储氢材料等。从储能密度角度看,低温液态储氢是一种十分理想的储氢方式,但也存在能量损失大、成本高昂等问题。有机液态储氢具有储氢密度大、安全性好、载体可循环使用等显著优点,被认为是最有希望实现大批量、远距离氢储运的重要方式之一,甲基环己烷(MCH)、二苄基甲苯(DBT)、N-乙基咔唑(NEC)、甲醇/甲酸等是当前有机物储氢介质的研究热点且具有商业化前景。目前有机液态储氢还存在脱氢效率低、能耗大、氢纯度不足等问题,大部分技术仍处于研究或初期示范阶段。短期内高压气态储氢仍是储氢方式的主流选择。中期内发展的重点是有机液态储氢和固态储氢,低温液态储氢主要应用在大批量、长距离的特殊储运场景。长期来看,融合多种储氢方式的优点,开发集成式耦合储氢技术是未来发展的关键,高效、长寿命、经济性好的储氢介质/催化剂体系是未来储氢技术的研究重点。

AB_(5)型固态储氢合金系统吸氢过程模拟研究

以LaNi_(5)为固态储氢合金材料,将储氢合金最大吸氢量固定在1.97g,建立配置翅片式及螺旋式换热器的两种固态储氢三维数学模型,模拟其吸氢过程中合金温度和质量储氢密度的变化情况,研究不同换热器结构和冷却水流速下固态储氢反应器的传热性能及其吸氢性能差异。结果表明:冷却水沿换热器流道吸热逐渐升温,对流经区域合金吸氢速率的增幅作用逐渐减弱。反应器内部配置换热器可加速合金冷却、提高吸氢效率,且反应器内温度、密度云图均出现分层现象,即入口侧温度低、储氢密度高,出口侧温度高、储氢密度低。当冷却水流速较慢时,冷却水沿流道吸热充分,影响反应器吸氢速率的主要因素为换热面积,换热面积越大,系统散热性能越好,因此翅片反应器吸氢速率更快;当冷却水流速较快时,会出现部分冷却水来不及充分吸收热量就从出口流出的情况,影响反应器吸氢速率的主要因素转变为换热器流道长度,流道越长,系统散热性能越好,因此螺旋反应器的吸氢速率更高。

大容量气态储氢技术在轨道交通车辆中的适用性研究

针对氢能源轨道交通车辆续航里程的提升需求,文章对大容量气态储氢技术在轨道交通车辆中的适用性进行了研究。基于储氢罐布置的边界条件,构建氢燃料轨道交通车辆储氢罐、储氢模组、储氢系统的计算模型;基于国内外现有的氢燃料轨道交通车辆储氢装置布置方案,分析了大容量气态储氢装置在不同布置方案下的应用可行性;以某氢燃料调车机车为例,通过对比大容量气态储氢技术与常规储氢技术,分析了大容量气态储氢技术的应用有效性。结果表明,大容量气态储氢技术可以实现储氢空间利用率和储氢密度的大幅提升,具有应用可行性和应用有效性。

金属合金及碳材料储氢的研究进展

论述了金属合金和碳材料的储氢机理、吸放氢量和动力学性能;探讨了活性金属Ni、Pd、Li和K对碳材料储氢的催化性能和金属Mg与多壁纳米碳管、碳纳米纤维、高比表面积活性炭、无烟煤和纳米石墨等碳材料复合储氢的性能及机理;指出了储氢材料应该向Li、Na、Mg、Al、B等轻元素和无烟煤、石墨等储量大、赋存广、成本低的碳材料方向发展。

微晶碳对镁粉快速纳米化、储氢体系温度的影响研究

将微晶碳和镁粉在H2气氛中反应球磨复合,球磨时间为3h,制备的镁碳复合材料的平均粒度在20~120nm,说明适量微晶碳的引入,在短时间内,可实现镁粉的纳米化。对其进行吸氢性能研究,70Mg30C材料的储氢密度,在8min内可达5.0%（wt）,微晶碳含量越高,储氢时间越短。储氢体系温度瞬间升高200℃,得益于微晶碳在球磨中的助磨作用和镁粉吸氢的催化作用。

水合物储氢的研究进展

氢作为一种清洁能源,越来越受到人们的重视,氢能利用技术的需求日益迫切。氢能的利用关键挑战在于氢气的储运,促进剂作用下氢气水合物可使氢气在相对温和的温压条件下安全、长期地储存,为储氢提供了一种选择。水合物储氢因其安全环保的特性具有巨大的工业化应用潜力,其目前工业化应用的两个关键问题即为储氢密度与储氢速率。本文首先回顾了氢气水合物的研究历程,阐述了几种常见氢气水合物的相平衡数据,然后归纳了不同晶型氢气水合物的储氢密度,最后总结了物理方法强化与化学方法强化对水合物储氢速率的影响,通过对近年来水合物储氢评估与总结,提出了当前水合物储氢存在的问题与未来研究方向,以期为水合物储气的工业化应用和氢气水合物的研究提供参考。

储氢技术研究现状及展望

储氢技术作为氢气生产与使用之间的桥梁,至关重要。本文综述了目前常用的储氢技术,主要包括物理储氢、化学储氢与其它储氢。物理储氢主要包括高压气态储氢与低温液化储氢,具有低成本、易放氢、氢气浓度高等特点,但安全性较低。化学储氢包括有机液体储氢、液氨储氢、配位氢化物储氢、无机物储氢与甲醇储氢。其虽保证了安全性,但其放氢难,且易发生副反应,氢气浓度较低。其它储氢技术包括吸附储氢与水合物法储氢。吸附储氢技术的储氢效率受吸附剂的影响较大,且不同程度的存在放氢难、成本高、储氢密度不高等问题。水合物法储氢具有易脱氢、成本低、能耗低等特点,但其储氢密度较低。在此基础上,本文基于现状分析,简要展望了储氢技术今后的研究方向。

动力学强化水合储氢技术研究进展

在碳达峰、碳中和的时代背景下,氢能等清洁绿色能源成为能源转型的关键,储氢技术作为氢能从生产到应用的中间桥梁而备受关注。笼型水合物是一种潜在的氢气存储材料,但储氢速率慢、储氢量低制约了水合储氢技术的工业化进程。因此,本文综述了近年来动力学强化水合储氢技术的研究进展,着重介绍了氢气水合物成核、生长动力学机理、提高驱动力、扩大气液接触面积以及改善扩散通道等动力学强化技术,并从储氢速率、储氢密度等方面总结了当前的动力学强化技术,以期促进相关研究的发展。本文指出未来相关工作应在以下几个方面展开:首先,深化氢气水合物的成核、生长和稳定机制研究;其次,寻求高效高驱动力的热力学促进剂,从根本上提高驱动力;最后,高效热力学促进剂与改善氢气水合物的扩散通道相结合,实现高储量和高速率的双重优化。

燃料电池船舶储氢方式研究现状与展望

氢能船舶开发是未来全球航运业实现节能减排目标的重要方式之一,而氢气存储技术是燃料电池船舶开发整个环节的关键。目前,高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢技术在国内外燃料电池船舶领域均有成功的示范案例,其中以高压气态储氢应用最为广泛。本文阐述现有储氢方式在船舶领域的应用情况,分析各种储氢方式的优缺点以及未来发展趋势,提出了液态储氢、金属氢化物储氢等高储氢密度的储氢方式是燃料电池船舶快速发展重要条件的结论。

固态合金储氢在轨道交通上的应用分析

目前,轨道交通车辆车载储氢方式多为高压储氢。相比高压储氢,固态合金储氢降低了加氢压力和存储压力,使氢气的车载存储和加氢过程更安全,同时具有高体积比能量密度优势,是未来车载储供氢的重要方式之一。将固态储氢应用于轨道交通车辆,可提高车辆的储氢量,增加续航里程,提升氢能使用安全性,属于首次开展且无可借鉴的应用尝试。针对固态储氢技术进行研究,掌握其在轨道交通车辆的应用技术具有重要意义。

山东能源轻合金公司成功研发储氢用铝合金新材料

近日,山东能源集团轻合金公司成功研发出储氢用大规格高精度铝合金型材,具有重容比小、单位质量储氢密度高等优点,有效地破解了氢能存储应用的技术瓶颈,达到国内领先水平。该产品应用于氢燃料电池车载高压储氢系统,满足了高表面质量、高尺寸精度的技术要求。

氢气的制取与固体储集研究进展

氢气是一种优质燃料,也是一种清洁和可持续的能源。目前全球氢能发展已迈入新的阶段,欧美日韩和我国都在加紧战略布局。为了加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,通过文献调研的方式研究了氢气在地下的生成机制及分布、氢气的人工制取及储集尤其是固体储氢等若干问题。研究结果表明:①氢气在地下的生成机制目前尚未明确,被认为主要与超镁铁质岩的蛇纹石化有关,此外也与水的辐射分解、断层机械摩擦等有关,氢气浓度高的气田主要分布在大陆裂谷系、火山岩广泛分布的沉积盆地等;②目前工业制氢主要采用甲烷气制氢和电解水制氢,而最理想的方法则应为太阳能制氢和生物制氢,但在目前的技术条件下还难以达成,实验室在一定的温度、压力条件下可以通过橄榄岩的蛇纹石化得到氢气;③固体储氢是通过吸附氢气或使氢气与材料反应来达到储氢目的的方式,然后通过加热或减压方式来释放氢气;④固态储氢密度可达相同温度、压力条件下气态储氢的1000倍左右,能很好地解决传统储氢密度低的问题且吸放氢速度适宜,具有安全性高的优点,目前的固态储氢材料主要有碳质储氢材料、合金储氢材料和络合物储氢材料等。结论认为,氢能产业目前在我国尚处于起步阶段,技术和成本是决定制氢和储氢的关键因素;基于现状,应将氢能与可再生能源技术有机结合,以实现“灰氢”到“绿氢”的转化。

铝基复合材料制氢性能与安全性研究

铝水解制氢技术具有储氢密度高、安全、产物环境友好等优势,成为最具竞争力的制氢技术之一,能满足特种场景下燃料电池的供氢需求。本文中通过高能球磨工艺制备了铝基复合材料85%Al-9%LiAlH4-3%Bi-3%NaCl,研究其在不同场景下的制氢性能和特种环境下的安全性,并通过设计、制造铝水反应制氢装置实现了氢气流量的稳定供应。结果表明,在50℃温度下,铝基复合材料最大产氢量可达1 435 mL/g,火烧实验中能保持良好的阻燃效果,所设计的铝水反应制氢装置可实现氢气0.8 L/min流量的稳定供应,可满足低功率燃料电池的使用要求。

镁/碳复合纳米材料制备及放氢相转化率研究

引入微晶碳与Mg、Ni等金属复合,制备了70Mg30C4Ni复合储氢材料,其储氢密度在4.56%(质量分数)以上,放氢量为4.50%(质量分数),放氢时间为8min。260℃恒温放氢在65min内可释放出77%的氢气,说明Ni对镁碳复合储氢材料放氢性能具有较好的催化作用。通过计算,其平均纳米晶粒度为27.6nm。

温度对2TiO_230C70Mg材料吸放氢性能的影响研究

金属Mg储氢密度大和资源丰富,但金属Mg吸放氢温度太高,阻碍了它在实际中的应用。因此对金属Mg改性储氢研究,必须对其吸放氢温度和储氢体系的温度变化进行测试。对前期制备的2TiO230C70Mg复合材料测试结果表明:2TiO230C70Mg复合材料的吸放氢密度受吸放氢体系温度影响较大。当储氢温度为200℃时,复合材料的储氢密度达到最大值5.1%(wt,质量分数,下同),其最佳储氢温度在200℃左右、放氢温度在330℃时,其放氢量4.9%。

氢气储存技术研究进展

氢能由于清洁、高效等特点,在未来可能成为替代化石燃料的有效能源,其大规模的开发利用将对我国实现“双碳”目标十分有利。而氢气的安全、高效储运将是实现氢能规模化利用的关键技术。针对目前国内主要的几种储氢技术做了分析、讨论,主要包括高压气态、低温液态、有机液体、物理吸附、金属氢化物、配位氢化物等几种储氢技术。金属氢化物储氢技术因氢气纯度、安全系数高等优点,是目前最有前景的储氢技术。重点讨论了金属氢化物充、放氢的原理,以及通过合金化对其储氢机理、热力学性能的影响。通过储氢技术的大力研究和发展,将实现高储氢密度、低成本以及安全高效的大规模储氢,这将对推动我国氢能产业的发展十分重要。

高压储氢技术研究进展

经济、高效、安全的储氢技术是氢能利用走向实用化的关键。高压储氢因具有储氢容器结构简单、压缩氢气制备能耗少、充放氢速度快等优点．已成为目前氢能的主要储运方式。在国家科技部的支持下，研制成功的最高设计压力达77MPa的各种压力等级高压储氢容器，为我国氢能汽车试验运行提供了有力的支撑。为进一步提高高压储氢的体积储氢密度，有研究者提出了金属氢化物高压储氢和绝热高压储氢等复合储氢方式。本文介绍了高压储氢技术的最新研究进展，分析了面临的挑战，并提出了亟待解决的关键技术问题。