镁基固态储氢材料的研究进展

氢能有望成为脱碳时代的“理想燃料”。高性能储氢材料的发现、开发和改性是未来发展固态储氢和氢能源利用的关键。而氢化镁(MgH2)具有储氢能力强、自然储量丰富、环境友好等特点,在固态储氢材料领域备受关注。但是氢化镁较高的热力学稳定性、缓慢的动力学性能,以及循环过程中不可避免的团聚和粗化等问题在一定程度上限制了镁基固态储氢材料的大规模投产和实际应用。近年来,大量研究工作聚焦于镁基储氢材料的热/动力学改性,目前已经取得了大量的成果。本文通过回顾国内外相关文献,综述了改善镁基固态储氢材料储氢性能的最新研究进展,着重介绍了合金化、纳米化、引入催化剂等改性策略,阐述了不同策略具体的改性机理。最后对未来的发展方向进行了展望,旨在为高性能镁基储氢材料的研发提供借鉴与指导。

高密度固态储氢材料技术研究进展

针对氢介质的储存问题,分析了目前国内外氢储存技术的研究现状,综述了最近几年发展较为迅速的合金、配位氰化物和碳质储氢材料的研究进展。相对于高压气态储氢和低温液化储氢,固态氢储存安全性好和能量密度高,被认为是最有发展前景的一种氢储存技术。重点阐述了B-N基高密度固态储氢材料氨硼烷,其具有高的质量储氢密度(19. 6%)和体积储氢密度(185 g/L H2),是目前高容量固态储氢材料的研究热点和重点,且元素替代、固体掺杂、纳米填充等改性方式能够改进氨硼烷放氢性能。

固态储氢技术现状与发展趋势分析

氢能被认为是能源转型、工业及交通领域深度脱碳的关键路径。综述了固态储氢技术现状和发展趋势,梳理了物理吸附、化学储氢和金属氢化物等固态储氢技术路线以及美国能源部等机构提出的重量储氢密度、体积储氢密度、循环寿命和系统成本等关键技术参数的发展目标,指出目前存在的技术经济问题和改进方向,分析了固态储氢应用场景和潜力,并提出未来技术发展、系统集成优化及应用方向等建议,为开展固态储氢技术研究及工程示范提供思路和参考。

车载高质量密度固态储氢材料研究进展

高密度储氢是制约氢燃料电池汽车发展的技术瓶颈之一,相较于高压气态和低温液态等储氢方式,固态储氢体积储氢密度高、安全性好,发展前景良好。分析和总结了燃料电池电动汽车的应用对车载固态储氢的技术要求,包括固态储氢材料的储氢密度、吸放氢动力学、热力学、可逆性、循环寿命、成本以及安全性等;介绍了氢化镁、硼氢化物、铝氢化物、氨基化物等高密度储氢材料的储氢原理及其优缺点,综述了纳米化改性、催化剂改性、元素掺杂改性和构筑复合储氢体系等改善高密度固态储氢材料性能方法,重点评述了采用不同改进措施的氢化镁、硼氢化物、铝氢化物、氨基化物的研究进展。通过分析对比不同体系以及不同改进措施下的固态储氢材料及其性能,总结出研发采用轻质多孔框架材料并配合高效轻质催化剂的复合材料,是改善固态储氢性能的有效途径。

固体储氢新材料的研究进展

氢气具有来源丰富、可再生、能量密度高和燃烧清洁等优点,作为一种绿色、高效的新能源得到越来越多的关注。氢气的储运是氢能技术大规模应用的关键制约因素,储氢材料又是决定着储氢能力及其工业化应用的关键因素,因而研究合适的储氢材料成为发展氢能技术的重要环节。储氢方式可分为气态储氢、液态储氢和固态储氢。其中固态储氢更加安全高效,但是目前尚缺乏合适的可工业化生产的固体储氢材料。对固态储氢材料的研究进展进行了系统总结与展望。

氢能储运技术现状及发展分析

在氢能的“制储输用”全产业链中,储运成本约占总成本的30%~40%,是制约氢能大规模发展的主要瓶颈。目前主要的储氢方式可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态储氢。高压气态储氢是目前氢能储存中应用最为广泛的方法。低温液态储氢需要耐超低温、保持超低温、耐压、密封性强的特殊容器,制造难度大,成本高昂,因而制约了其发展,目前在民用领域还鲜有应用。有机液态储氢的储氢量较大,且存储介质为液态有机物,存储的同时也可进行常温常压输送,目前在我国仍处于研究阶段,尚未大规模普及。固态储氢材料可分为物理吸附和化学吸附两大类,其中物理吸附材料包括传统的碳基多孔材料、介孔材料、金属有机框架、共价有机框架等;化学吸附材料包括金属氢化物、配位氢化物、氢水化合物等。管道运输长期以来被视为大规模输运介质的低成本方式。高压氢气管输技术门槛低且最为成熟,目前仍是新建长距离输氢管道时优先考虑的氢能管输方式。天然气管道掺氢输送可以利用现役天然气管道设施,降低前期建设成本,被认为是实现氢能大规模输送最具发展潜力的技术。液态管道输氢受限于建设成本高及技术不成熟,尚没有长距离液氢管输实例,但低温液氢管输未来可期。

储氢材料的研究进展

氢能因具有来源广泛、高效、可持续和环境友好等众多优点而受到广泛的关注.氢气储存,特别是高性能储氢材料的开发是实现氢能实际应用的关键技术问题.高性能储氢材料的研发成为发展氢能技术的重要环节.本文综述了固态储氢材料和液态储氢材料的研究进展,分析并对比了各类储氢材料的优缺点,指出了储氢材料的研究现状及面临的关键技术问题,并展望了储氢材料的应用前景和发展趋势.

氢能产业发展技术路径研究

氢能具有低碳清洁、能量密度大和转化效率高等优点,有望在我国能源转型进程中发挥举足轻重的作用.分析了制氢、储氢和用氢等领域各项技术的研究现状与发展前景,在此基础上提出了可再生能源、综合能源服务园区耦合氢能发展的具体技术路径.固体聚合物(solid polymer electrolyte,SPE)电解制氢和固态材料储氢是制氢和储氢环节最具潜力的发展方向.用氢环节中氢燃料电池和天然气掺氢等技术应同步推进.弃风/弃光电解水制氢、风电/光伏离网制氢与燃料电池发电、加氢站供应、制甲醇以及天然气掺氢等技术有机结合将有效解决可再生能源制氢不经济和运输困难的问题,同时氢能可实现多种能源网络的互联,在未来综合能源服务园区内的应用前景非常广阔.