甲苯储氢的劣势

储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。

储氢合金由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A)，它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要是ⅠA~ⅤB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re(稀土元素)；另一部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素(B)，它则控制着吸/放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的作用，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。图1列出了一些金属氢化物的储氢能力。

目前世界上已经研制出多种储氢合金，按储氢合金金属组成元素的数目划分，可分为：二元系、三元系和多元系；按储氢合金材料的主要金属元素区分，可分为：稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等；而组成储氢合金的金属可分为吸氢类(用A表示)和不吸氢类(用B表示)，据此又可将储氢合金分为：AB5型、AB2型、AB型、A2B型。

无机物及有机物储氢材料

一些无机物(如 N2 、CO 、CO2)能与 H2 反应 ,其产物既可以作燃料, 又可分解获得 H2 ,是一种目前正在研究的储氢新技术。如碳酸氢盐与甲酸盐之间相互转化的储氢反应，反应以 Pd 或 PdO 作催化剂,吸湿性强的活性炭作载体, 以 KHCO3 或 NaHCO3 作储 氢剂储 氢量可达2wt %。该方法的主要优点是便于大量地储存和运输,安全性好,但储氢量和可逆性都不是很好 。

有些金属可与水反应生成氢气 。例如 Na, 反应后生成 NaOH ,其氢气的质量储存密度为 3wt %。虽然这个反应是不可逆的, 但是 NaOH 可以通过太阳能炉还原为金属 Na 。同样, Li 也有这种过程 , 其氢气的质量储存密度为 6.3wt %。这种储氢方式的主要难点是可逆性和控制金属的还原 。目前, 对于 Zn的应用较成功。

Li3N 的理论吸氢量为 11.5wt %,在 255 ℃氢气氛中保持半个小时, 总吸氢量可达 9.3wt %。在 200 ℃下, 给予足够的时间, 还会有吸收 。在 200 ℃真空(1 mPa)下, 6.3wt %的氢被释放 ,剩余的氢要在高温(高于 320 ℃)下, 才能被释放 。与其他金属氢化物不同的是, 在 PCT 曲线中,Li3N 有两个平台:第一个有较低的平台压, 第二个则是一个斜坡。

有机物储氢技术始于 20 世纪 80 年代。有机物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应,即利用催化加氢和脱氢的可逆反应来实现。加氢反应实现氢的储存(化学键合),脱氢反应实现氢的释放。有机液体氢化物储氢作为一种新型储氢技术有很多优点:储氢量大, 如苯和甲苯的理论储氢量分别为 7.19wt %和 6.18wt %储氢剂和氢载体的性质与汽油类似 ,因而储存、运输 、维护、保养安全方便, 便于利用现有的油类储存和运输设施不饱和有机液体化合物作储氢剂可多次循环使用, 寿命可达 20 年。但这类方法在加氢、脱氢时条件比较苛刻 ,而且所使用催化剂易失活,因而还在做进一步的研究。

纳米储氢材料

纳米材料由于具有量子尺寸效应、小尺寸效应及表面效应，呈现出许多特有的物理、化学性质， 成为物理、化学、材料等学科研究的前沿领域。储氢合金纳米化后同样出现了许多新的热力学和动力学特性， 如活化性能明显提高， 具有更高的氢扩散系数和优良的吸放氢动力学性能。纳米储氢材料通常在储氢容量、循环寿命和氢化-脱氢速率等方面比普通储氢材料具有更优异的性能， 比表面积和表面原子数的增加使得金属性质发生变化， 具有了块体材料所没有的性质。由于粒径小， 氢更容易扩散到金属内部形成间隙固溶体， 表面吸附现象也更加显著，因而储氢材料的纳米化已成为当今储氢材料的研究热点。储氢合金纳米化为高储氢容量的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路。Tanaka 等 总结了纳米储氢合金优异动力学性能的原因: ( 1) 大量的纳米晶界使得氢原子容易扩散( 2) 纳米晶具有极高的比表面， 使氢原子容易渗透到储氢材料内部( 3) 纳米储氢材料避免了氢原子透过氢化物层进行长距离扩散， 而氢原子在氢化物中的扩散是控制动力学性能最主要的因素。通常情况下 Ni-Al 合金不具备吸氢特性， 韦建军等采用自 悬 浮 定 向 流 法 制 备 出 单 相 金 属 间 化 合 物AlNi 纳米微粒， 纳米 AlNi 在一定条件下， 可在 90—100℃ 实现吸氢-放氢过程， 其最大吸附量可达到材料自重的 7. 3% 。

碳质材料储氢

吸附储氢是近几年来出现的新型储氢方法，具有安全可靠和储存效率高等优点。而在吸附储氢的材料中，碳质材料是最好的吸附剂，不仅对少数的气体杂质不敏感，而且可反复使用。碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭（AC）、石墨纳米纤维(GNF)、碳纳米管(CNT)。

配位氢化物储氢

配位氢化物储氢是利用碱金属(Li、Na、K等)或碱土金属(Mg、Ca等)与第三主族元素可与氢形成配位氢化物的性质。其与金属氢化物之间的主要区别在于吸氢过程中向离子或共价化合物的转变，而金属氢化物中的氢以原子状态储存于合金中。

表1给出了部分配位氢化物，可以看出它们含有极高的储氢容量，因而可作为优良的储氢介质，其中LiBH4、NaBH4和KBH4已实现了工业化生产。

应当指出的是，配位氢化物室温下它的分解速率很低，如LiBH4、NaBH4等金属硼氢化物在干燥或惰性气氛中，要到300℃以上才能分解释放氢气，而且其循环性能的研究也较少。为此，Bogdanovic等以NaAlH4为研究对象，发现催化剂能降低其反应活化能，且Ti4+较Zr4+的催化性能要好。

对于配位氢化物的研究开发，索新的催化剂或将现有催化剂（Ti、Zr、Fe）进行优化组合以改善其低温放氢性能，以及循环性能方面还需做更进一步的研究。

水合物储氢

气体水合物，又称孔穴形水合物，是一种类冰状晶体，由水分子通过氢键形成的主体空穴在很弱的范德华力作用下包含客体分子组成，其一般的反应方程为：

R+nH2O----R·nH2O(固体)十△H（反应热）

水合物通常有3种结构，具体见图2和表2。很多气体或易挥发性液体都能在一定的温度和压力条件下和水生成气体水合物，例如天然气、二氧化碳以及多种氟里昂制冷剂。

水合物储存氢气具有很多的优点：首先，储氢和放氢过程完全互逆，储氢材料为水，放氢后的剩余产物也只有水，对环境没有污染，而且水在自然界中大量存在并价格低廉；其次，形成和分解的温度压力条件相对较低、速度快、能耗少。粉末冰形成氢水合物只需要几分钟，块状冰形成氢水合物也只需要几小时；而水合物分解时，因为氢气以分子的形态包含在水合物孔穴中，所以只需要在常温常压下氢气就可以从水合物中释放出来，分解过程非常安全且能耗少。因此，研究采用水合物的方式来储存氢气是很有意义的，美国、日本、加拿大、韩国和欧洲已经开始了初步的实验研究和理论分析工作。

目前储氢材料有金属氢化物、碳纤维碳纳米管、非碳纳米管、玻璃储氢微球、络合物储氢材料以及有机液体氢化物。下面仅就合金、有机液体以及纳米储氢材料三个方面对储氢材料加以介绍。

一,合金储氢材料

储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物,其原理是金属与氢形成诸如离子型化合物、共价型金属氢化物、金属相氢化物-金属间化合物等结合物,并在一定条件下能将氢释放出来。合金作为储氢材料要满足一定的要求,首先其氢化物的生成热要适当,如果生成热太高,生成的氢化物过于稳定,释放氢时就需要较高的温度.而如果生成热太低,则不易吸收氢。其次形成氢化物的平衡压要适当,最好在室温附近只有几个大气压,便于吸放氢,而且要吸放速度快，这样才能够满足实际应用的需求。另外合金及其氢化物对水、氧和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸放氢时，材料性能不至于恶化。而且，储氢材料的氢化物还要满足在存储与运输过程中性能可靠、安全、无害、化学性质稳定等条件。现在已研究的并且符合上述要求的有镁系、稀土系、钛系和锆系等。

在上述储氢材料中，镁系储氢合金具有较高的储氢容量，而且吸放氢平台好、资源丰富、价格低廉，应用前景十分诱人。镁可直接与氢反应,在300—400℃和较高的压力下, 反应生成Mg和H2反应生成MgH2: Mg + H2= MgH2?△H=-74.6kJ/mol。MgH2理论氢含量可达7.6% , 具有金红石结构, 性能较稳定, 在287 ℃时分解压为101.3kPa。由于纯镁的吸放氢反应动力学性能差, 吸放氢温度高, 所以纯镁很少被直接用来储存氢气，为此人们又开始研究镁基储氢合金材料。到目前为止, 人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。

二，液态有机物储氢材料

有机液体氢化物贮氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现的。加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢, 有机液体作为氢载体达到贮存和输送氢的目的。烯烃、炔烃、芳烃等不饱和有机液体均可作贮氢材料, 但从贮氢过程的能耗、贮氢量、贮氢剂、物理等方面考虑, 以芳烃特别是单环芳烃作贮氢剂为佳, 常用的有机物氢载体有苯、甲苯、甲基环己烷、萘等。用这些有机液体氢化物作为贮氢剂的贮氢技术, 是20 世纪80 年代开发的一种新型贮氢技术。1980年, Taube 等分析、论证了利用甲基环己烷作氢载体贮氢为汽车提供燃料的可能性。随后许多学者对为汽车提供燃料的技术开展了很多卓有成效的研究和开发工作, 对催化加氢脱氢的贮存输送进行了广泛的开发。有机液体氢化物贮氢作为一种新型贮氢材料, 其贮氢特点是: 有机液的贮存、运输安全方便, 可利用现有的贮存和运输设备,有利于长距离大量运输，贮氢量大, 苯和甲苯的理论贮氢量分别为7.19(wt)% 和6.18(wt)% ,比现有的金属贮氢量高得多，贮氢剂成本低且可多次循环使用，加氢反应要放出大量的热,可供利用,脱氢反应可利用废热。目前存在的主要问题是有机物氢载体的脱氢温度偏高, 实际释氢效率偏低。因此, 开发低温高效的有机物氢载体脱氢催化剂、采用膜催化脱氢技术对提高过程效能有重要意义 。

三，纳米储氢材料

纳米储氢材料分为两种方式，一种是将原有的储氢材料纳米化，还有一种就是开发新的纳米材料作为储氢材料。

储氢合金纳米化提高储氢特性主要表现在以下几个方面原因。（1）对于纳米尺寸的金属颗粒，连续的能带分裂为分立的能级，并且能级间的平均间距增大，使得氢原子容易获得解离所需的能量，表现为贮氢合金活化能降低和活化温度降低。（2）纳米颗粒具有巨大的比表面积，电子的输送将受到微粒表面的散射，颗粒之间的界面形成电子散射的高势垒，界面电荷的积累产生界面极化，而元素的电负性差越大，合金的生成焓越负,合金氢化物越稳定。金属氢化物能够大量生成，单位体积吸纳的氢的质量明显大于宏观颗粒。（3）纳米贮氢合金比表面积大，表面能高，氢原子有效吸附面积显著增多，氢扩散阻力下降，而且氢解反应在合金纳米晶的催化作用下反应速率增加，纳米晶具有高比例的表面活性原子，有利于反应物在其表面吸附，有效降低了电极表面氢原子的吸附活化能,因而具有高的电催化性能。另外，由于纳米晶粒相当细小,导致晶界和晶格缺陷增加，而晶体缺陷和位错处的原子具有较高的能量可视为反应的活性中心,从而降低析氢过电位。（4）晶粒的细化使其硬度增加，贮氢合金的整体强度随晶粒尺寸的增加而增强，这对于抗酸碱及抗循环充放粉化，以及抵抗充放电形成的氧压对贮氢基体的冲击大有裨益，并且显著提高了贮氢合金耐腐蚀性。

储氢材料(hydrogen storage material)一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。

基本介绍中文名 ：储氢材料 外文名 ：hydrogen storage material 时间 ：20世纪70年代以后 不同储氢方式 ：气态、固态、液态 常见材料 ：合金、有机液体以及纳米储氢材料 要求 ：安全、成本低、容量大、使用方便 储氢材料简介,储氢方式,气态储氢,液态储氢,固态储氢,存在问题,常见储氢材料, 储氢材料简介 储氢材料（hydrogen storage material） 随着工业的发展和人们物质生活水平的提高 ,能源的需求也与日俱增。由于近几十年来使用的能源主要来自化石燃料(如煤、石油和天然气等),而其使用不可避免地污染环境 ,再加上其储量有限 ,所以寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体,正引起人们的广泛关注 。氢能的开发和利用受到美、日 、德、中、加等国家的高度重视 ,以期在 21世纪中叶进入“氢能经济(hydrogen economy)”时代 。氢能利用需要解决以下 3 个问题:氢的制取 、储运和套用 ,而氢能的储运则是氢能套用的关键 。氢在通常条件下以气态形式存在, 且易燃、易爆、易扩散 ,使得人们在实际套用中要优先考虑氢储存和运输中的安全、高效和无泄漏损失,这就给储存和运输带来很大的困难 。 储氢方式 气态储氢 气态存储是对氢气加压，减小体积，以气体形式储存于特定容器中，根据压力大小的不同，气态储存又可分为低压储存和高压储存。氢气可以像天然气一样用低压储存，使用巨大的水密封储槽。该方法适合大规模储存气体时使用。由于氢的密度太低，套用不多。气态高压储存是最普通和最直接的储存方式，通过高压阀的调节就可以直接将氢气释放出来。普通高压气态储氢是一种套用广泛、简便易行的储氢方式 ,而且成本低, 充放气速度快 , 且在常温下就可进行。但其缺点是需要厚重的耐压容器, 并要消耗较大的氢气压缩功, 存在氢气易泄漏和容器爆破等不安全因素 。一个充气压力为 15 MPa 的标准高压钢瓶储氢重量仅约为 1.0 %供太空用的钛瓶储氢重量也仅为 5 % 。可见, 高压钢瓶储氢的能量密度一般都比较低。 液态储氢 氢气在一定的低温下 ,会以液态形式存在 。因此, 可以使用一种深冷的液氢储存技术———低温液态储氢 。与空气液化相似, 低温液态储氢也是先将氢气压缩 ,在经过节流阀之前进行冷却 ,经历焦耳-汤姆逊等焓膨胀后, 产生一些液体。将液体分离后 ,将其储存在高真空的绝热容器中, 气体继续进行上述循环 。液氢储存具有较高的体积能量密度 。常温 、常压下液氢的密度为气态氢的 845 倍, 体积能量密度比压缩储存要高好几倍, 与同一体积的储氢容器相比,其储氢质量大幅度提高 。液氢储存工艺特别适宜于储存空间有限的运载场合 , 如太空梭用的火箭发动机 、汽车发动机和洲际飞行运输工具等 。若仅从质量和体积上考虑 ,液氢储存是一种极为理想的储氢方式。但是由于氢气液化要消耗很大的冷却能量 ,液化 1kg 氢需耗电 4 —10kW·h ,增加了储氢和用氢的成本。另外液氢储存容器必须使用超低温用的特殊容器 ,由于液氢储存的装料和绝热不完善容易导致较高的蒸发损失 , 因而其储存成本较贵,安全技术也比较复杂。高度绝热的储氢容器是目前研究的重点。 固态储氢 固态储存是利用固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用，将氢储存于固体材料中。固态储存一般可以做到安全、高效、高密度，是气态储存和液态储存之后，最有前途的研究发现。固态储存需要用到储氢材料，需找和研制高性能的储氢材料，成为固态储氢的当务之急，也是未来储氢发展和乃至整个氢能利用的关键。 存在问题 世界范围内所测储氢量相差太大：0.01(wt ) %-67 (wt ) %，如何准确测定；储氢机理如何；氢能汽车商业化的障碍是成本高，氢气的储存成本高；大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常温储放氢；配位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究；碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个问号。 常见储氢材料 合金储氢材料 储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。 储氢合金由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A)，它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要是ⅠA~ⅤB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re(稀土元素)；另一部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素(B)，它则控制着吸/放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的作用，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。图1列出了一些金属氢化物的储氢能力。 目前世界上已经研制出多种储氢合金，按储氢合金金属组成元素的数目划分，可分为：二元系、三元系和多元系；按储氢合金材料的主要金属元素区分，可分为：稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等；而组成储氢合金的金属可分为吸氢类(用A表示)和不吸氢类(用B表示)，据此又可将储氢合金分为：AB5型、AB2型、AB型、A2B型。 无机物及有机物储氢材料 一些无机物(如 N2 、CO 、CO2)能与 H2 反应 ,其产物既可以作燃料, 又可分解获得 H2 ,是一种目前正在研究的储氢新技术。如碳酸氢盐与甲酸盐之间相互转化的储氢反应，反应以 Pd 或 PdO 作催化剂,吸湿性强的活性炭作载体, 以 KHCO3 或 NaHCO3 作储 氢剂储 氢量可达2wt %。该方法的主要优点是便于大量地储存和运输,安全性好,但储氢量和可逆性都不是很好 。 有些金属可与水反应生成氢气 。例如 Na, 反应后生成 NaOH ,其氢气的质量储存密度为 3wt %。虽然这个反应是不可逆的, 但是 NaOH 可以通过太阳能炉还原为金属 Na 。同样, Li 也有这种过程 , 其氢气的质量储存密度为 6.3wt %。这种储氢方式的主要难点是可逆性和控制金属的还原 。目前, 对于 Zn的套用较成功。 Li3N 的理论吸氢量为 11.5wt %,在 255 ℃氢气氛中保持半个小时, 总吸氢量可达 9.3wt %。在 200 ℃下, 给予足够的时间, 还会有吸收 。在 200 ℃真空(1 mPa)下, 6.3wt %的氢被释放 ,剩余的氢要在高温(高于 320 ℃)下, 才能被释放 。与其他金属氢化物不同的是, 在 PCT 曲线中,Li3N 有两个平台:第一个有较低的平台压, 第二个则是一个斜坡。 有机物储氢技术始于 20 世纪 80 年代。有机物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应,即利用催化加氢和脱氢的可逆反应来实现。加氢反应实现氢的储存(化学键合),脱氢反应实现氢的释放。有机液体氢化物储氢作为一种新型储氢技术有很多优点:储氢量大, 如苯和甲苯的理论储氢量分别为 7.19wt %和 6.18wt %储氢剂和氢载体的性质与汽油类似 ,因而储存、运输 、维护、保养安全方便, 便于利用现有的油类储存和运输设施不饱和有机液体化合物作储氢剂可多次循环使用, 寿命可达 20 年。但这类方法在加氢、脱氢时条件比较苛刻 ,而且所使用催化剂易失活,因而还在做进一步的研究。 纳米储氢材料 纳米材料由于具有量子尺寸效应、小尺寸效应及表面效应，呈现出许多特有的物理、化学性质， 成为物理、化学、材料等学科研究的前沿领域。储氢合金纳米化后同样出现了许多新的热力学和动力学特性， 如活化性能明显提高， 具有更高的氢扩散系数和优良的吸放氢动力学性能。纳米储氢材料通常在储氢容量、循环寿命和氢化-脱氢速率等方面比普通储氢材料具有更优异的性能， 比表面积和表面原子数的增加使得金属性质发生变化， 具有了块体材料所没有的性质。由于粒径小， 氢更容易扩散到金属内部形成间隙固溶体， 表面吸附现象也更加显著，因而储氢材料的纳米化已成为当今储氢材料的研究热点。储氢合金纳米化为高储氢容量的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路。Tanaka 等 总结了纳米储氢合金优异动力学性能的原因: ( 1) 大量的纳米晶界使得氢原子容易扩散( 2) 纳米晶具有极高的比表面， 使氢原子容易渗透到储氢材料内部( 3) 纳米储氢材料避免了氢原子透过氢化物层进行长距离扩散， 而氢原子在氢化物中的扩散是控制动力学性能最主要的因素。通常情况下 Ni-Al 合金不具备吸氢特性， 韦建军等采用自 悬 浮 定 向 流 法 制 备 出 单 相 金 属 间 化 合 物AlNi 纳米微粒， 纳米 AlNi 在一定条件下， 可在 90—100℃ 实现吸氢-放氢过程， 其最大吸附量可达到材料自重的 7. 3% 。 碳质材料储氢 吸附储氢是近几年来出现的新型储氢方法，具有安全可靠和储存效率高等优点。而在吸附储氢的材料中，碳质材料是最好的吸附剂，不仅对少数的气体杂质不敏感，而且可反复使用。碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭（AC）、石墨纳米纤维(GNF)、碳纳米管(CNT)。 配位氢化物储氢 配位氢化物储氢是利用碱金属(Li、Na、K等)或碱土金属(Mg、Ca等)与第三主族元素可与氢形成配位氢化物的性质。其与金属氢化物之间的主要区别在于吸氢过程中向离子或共价化合物的转变，而金属氢化物中的氢以原子状态储存于合金中。 表1给出了部分配位氢化物，可以看出它们含有极高的储氢容量，因而可作为优良的储氢介质，其中LiBH4、NaBH4和KBH4已实现了工业化生产。 应当指出的是，配位氢化物室温下它的分解速率很低，如LiBH4、NaBH4等金属硼氢化物在干燥或惰性气氛中，要到300℃以上才能分解释放氢气，而且其循环性能的研究也较少。为此，Bogdanovic等以NaAlH4为研究对象，发现催化剂能降低其反应活化能，且Ti4+较Zr4+的催化性能要好。 对于配位氢化物的研究开发，索新的催化剂或将现有催化剂（Ti、Zr、Fe）进行最佳化组合以改善其低温放氢性能，以及循环性能方面还需做更进一步的研究。 水合物储氢 气体水合物，又称孔穴形水合物，是一种类冰状晶体，由水分子通过氢键形成的主体空穴在很弱的范德华力作用下包含客体分子组成，其一般的反应方程为： R+nH2O----R·nH2O(固体)十△H（反应热） 水合物通常有3种结构，具体见图2和表2。很多气体或易挥发性液体都能在一定的温度和压力条件下和水生成气体水合物，例如天然气、二氧化碳以及多种氟里昂制冷剂。 水合物储存氢气具有很多的优点：首先，储氢和放氢过程完全互逆，储氢材料为水，放氢后的剩余产物也只有水，对环境没有污染，而且水在自然界中大量存在并价格低廉；其次，形成和分解的温度压力条件相对较低、速度快、能耗少。粉末冰形成氢水合物只需要几分钟，块状冰形成氢水合物也只需要几小时；而水合物分解时，因为氢气以分子的形态包含在水合物孔穴中，所以只需要在常温常压下氢气就可以从水合物中释放出来，分解过程非常安全且能耗少。因此，研究采用水合物的方式来储存氢气是很有意义的，美国、日本、加拿大、韩国和欧洲已经开始了初步的实验研究和理论分析工作。

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氢的储运是氢能产业发展中的关键环节

长期以来，氢的高密度储运是氢能产业发展的重要环节，同时也是我国氢能布局的瓶颈。

氢能源能够有效改善我国能源结构现状，在清洁低碳、安全高效的现代能源体系转型上极具战略意义，主要的实现路径是通过氢与多种能源形式耦合来大幅提升可再生能源在—次能源消费中的占比。但是，我国可再生能源资源中心与负荷中心呈逆向分布，国内缺乏低成本的高密度储运技术，继而限制了我国丰富的可再生能源制氢的潜力。另外，氢的储存和运输高度依赖技术进步和基础设施建设，是产业发展的难点。氢的储运技术为氢能发挥战略意义提供重要支撑。

氢气储存方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢、有机氢化物储氢和固体储氢。氢气输送方式主要有气氢拖车、液氢槽罐车以及管道运输氢气。

国内以高压气态储氢为主

我国目前储存氢能的方式有高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。

高压气态储存是最常见的储氢方式。氢气的密度小，一般需用到1.5MPa以上的高压才可用特制的钢瓶贮存。当前国际上已经有可承受压力达80MPa的轻质材料储气瓶。而对于固定地点的贮氢，在合适的地质、地理条件和良好的封口技术条件下可采用地下贮存，这种方式不需要专用的贮氢容器，可以大大的降低贮氢的费用。

低温液态储氢是指在标准大气压下，将氢气冷冻至零下252.72摄氏度以变为液体，然后保存在特制的高度真空的绝热容器中，常见的同时也是最理想的是杜瓦瓶，但是杜瓦瓶造价较高，所以无法得到广泛使用。目前液态氢主要用作火箭燃料。

目前中国高压气态储运氢技术相对成熟，依靠压缩机将氢气压缩到储氢瓶中，储氢瓶压力多为30MPa，然后用集装格和长管拖车等工具进行运输，长管拖车运输设备产业较为成熟，但在大规模、长距离储运技术上，成本和技术仍有待进一步改善，整体发展落后于国际先进水平。

国内生产高压储氢瓶的企业有京城股份、中材 科技 、中集安瑞科等。

而国内在低温液态储氢方面表现得较为弱势，在液氢储运技术、液氢工厂、相关产业化上还有多重难关待突破。少许的液氢主要被用于航天及军事领域；金属氢化物储氢和有机氢化物储氢均处于实验室阶段。

国外高压气态储氢和液态储氢均优于国内现状

国外主流的储氢方式主要是高压气氢和低温液氢，与我国不同的是，国外的高压气氢的压力达到了70MPa，液氢储运也较为成熟。

全球有三分之一的加氢站采用液氢技术，其中美国和日本主推液氢储运技术路线。在美国，石油化工电子行业的液氢利用量占总液氢量的33.5%，航空航天占比18.6%，燃料电池车辆的加氢站约10%。日本和澳大利亚的氢能供应链项目也采用了液氢运输船远距离输送氢气。

低温液态储氢有望进一步渗透

相较于低温液态储氢，高压气态储氢在长距离运输上十分不具有优势，其运输成本对距离的敏感性高，需要进一步提高储运效率。液氢储运体积密度是高压气态储运的5倍，在中长距离氢气储运中经济性较高，是未来氢储运的重要方向。据国际能源署的数据，运输成本为500公里时，液氢配送成本每千克仅增加约0.3美元，而高压气态运输配送成本将上升5倍以上，接近每千克2美元。

从技术层面上说，液态氢的密度是气态氢的八百多倍，相较于氢气高压储运，单位容器能储存的低温液态储氢更多，大大提高运输效率，降低储运成本，氢气纯度也可以在液化过程中大大提高，从而保证了的寿命和性能。随着 汽车 的普及，大规模储运氢的方向之一就是液氢储运。

另外，日本千代公司研发的SPERA氢气，可以让氢气在常温常压的条件下保持液态，这一技术足够引起外界的重视。SPERA氢气是在甲基环己烷液体中，通过有机化学氢化物法让汽油及轻油等燃料中含有的甲苯和氢气发生反应而制成的。在常温常压条件下，可以用已有的油轮和油罐车来运输，还可以在港口及工厂的油罐中长期储存。这对于需要高压压缩氢气体积或者超低温保存氢气的方法更为方便，而且还省去了专用的容器和设施。

国内液氢技术和装备的突破极具发展意义

目前，国内的液氢产能十分低，满足不了日益增长的氢能需求。全球氢液化设备主要由美国AP、普莱克斯、德国林德等厂商提供。国内液氢技术和装备能力发展落后，应用范围十分窄，特别是民用领域的液态氢几乎处于空白地段。目前国内涉及氢液化开发研究的有航天101所、国富氢能等单位。资料显示，我国当前最大氢液化规模为每天生产2吨，液化设备依赖进口，与国外技术差距明显。

从当前液氢技术和装备发展现状和趋势看，未来在降低氢气液化能耗和氢气液化成本上存在一定空间。相关数据显示，当液氢工厂的生产规模小于5吨每天时，氢液化的能耗超过10千瓦时每千克，当规模达到50吨每天和150吨每天时，氢液化能耗可降至约7千瓦时每千克和6千瓦时每千克。氢液化工厂规模由5吨每天提高到50吨每天时，氢液化总成本可降低50%。

根据美国商业管制清单，限制了我国进口日均生产10吨以上的氢液化技术及装备，以及DN50以上液氢阀门、膨胀机、液氢泵等关键设备。在进口遏制的情况下，国产民用液氢技术和装备的突破具有重大意义。据了解，国内液氢技术和装备正得到不断进步。航天101所国内首套自主开发的1m3/h氢液化系统落地，并对基于氢膨胀的大型氢液化系统进入研发，有意形成系列产品。

液氢技术和装备的突破对氢能产业的可持续发展具有深远影响，民用领域的发力将推进国产化进程，对国内氢能产业布局具有重要意义。军民融合、相关企业协同攻关将是取得突破的必由之路。

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克罗托内，谁能够勾画出C60的分子结构，富勒的启示起到了至关重要的作用，所以他们同意提出C60碳团簇系列命名与布克弗拉米尼曼彻斯特富勒（富勒）的名字加上一个后缀 - 烯，被称为富勒烯，富勒烯，在翻译的富勒烯。 />近年来，科学家们已经发现，除了金刚石，石墨，出现了一些新的形式存在的元素碳。早些时候C60分子的研究已取得重要进展。 C60分子是一种60个碳原子构成的分子，它是一个足球的形状，因此，链烯基也被称为足球。 C60是简单地由碳原子结合，形成稳定的分子，具有60个顶点，32个面，其中12个为正五边形，正六边形20。相对分子质量约720。在与每个顶点的碳原子与sp2杂化轨道重叠形成σ键的相邻顶点的碳原子数，每个碳原子的三个σ键，分别为五边形的边和两个六边形边缘相若。的三个σ键，每个碳原子的杂芳基的碳原子轨道理论计算值sp2.28是不共面的，键角为约108°或120°，从而使整个分子是球形的。每个碳原子与p轨道的其余部分的重叠，以形成含60圆周率电子闭壳层电子结构在近球形保持架和保持架周围的π电子云。分子轨道计算表明，足球烯具有较大的离域能。 C60具有金属光泽，有许多优异性能，如超导，强磁性，高耐压性，耐化学性，光，电，磁场中的潜在应用。纳米管是典型的富勒烯，也被称为纳米管是管状结构约几纳米的直径，长度几微米的碳团簇。根据理论计算，碳纳米管纤维的强度是钢的100倍，1/7的钢的质量，可以由碳纤维，轻质高强度材料是理想的。碳纳米管气体也有很强的能力，在燃料电池储氢装置。

C60是碳原子簇。它有一个明确的组合物，60个碳原子构成像足球32的正二十面体，包括20个六边形和12个五边形的。由于这个建议的结构是由建筑师富勒（富勒）的启发。富勒是谁设计的建筑结构的六边形和五边形的球壳。科学家称为C60亚烷基足球，也被称为富勒烯，因为相邻的碳原子与另外三个碳原子数为32的正二十面体的每个顶点上。由于每个苯环的碳原子数是sp2杂化。 p轨道环上，下形成π键的每个顶点的足球烯基的碳原子数是sp2杂化的要求，剩下的P（类似的萘基环上的两个碳原子与氢原子）轨道中的外部和内部的空腔中C60分子形成一个π键。 C60是烯。 C60的石墨，金刚石的同素异形体，科学家与廉价的石墨合成C60，也有人认为它含有苯环结构的单位，可以选择合成苯C60。这些想法已经实现。 1000克苯获得3gC70和C60的混合物（比例为0.26至5.7）。鬼斧神工的重合的性质，在60个碳原子的空间排列形成化学键，是最稳定的位置的空间排列完全相同的安排与足球表面。

物理性能

的颜色性状

C60在室温下的紫色固态分子晶体，弱荧光。的分子大小

C60分子的直径约7.1埃（1埃= 10 ^ -10米10个十亿分之一米）。密度

C60的密度为1.68g/cm ^ 3。

溶解度的

C60强极性溶剂，不溶于水和非极性溶剂，如正己烷，苯，二硫化碳，四氯化碳中有一定的溶解性。 />导电

C60在正常的非导电性。 C60可以把其它原子在它里面，并影响其物理性能，因此，非导电性。此外，因为对C60有大量的自由电子，所以，如果被困在其内部的β衰变的放射性元素，其半衰期可能会受到影响。超导

赫巴德，1991，（赫巴德）首次提出了掺钾C60具有超导性，超导起始温度为18K，打破了有机超导体（ET）2CU [N（CN）2] CL超导起始温度12.8K记录。不久之后准备Rb3C60超导体，超导起始温度为29K。 C60掺杂超导体已进入高温超导体的行列。的研究表明，这类材料的晶格空穴传导电流（类似的p型半导体），和其他分子（例如，溴仿）伸展的晶格间距的基础上，也可以有效地提高其超导相转变温度为117K 。中国在这方面的研究也非常成功，北京大学和中国科学院物理研究所，中国社科院的合作已成功地合成了K3C60和超导体Rb3C60，超导起始温度为8K和28K分别。科学家预测，如果掺杂C240和C540掺杂有可能合成出较高的超导起始温度的超导体。 />磁性

阿勒曼的Allemand的C60的甲苯溶液加入过量的强的电子C0.86的黑色的微晶沉淀物由有机材料四（二甲氨基）乙烯（TDAE），C60（TDAE）捐赠软铁磁材料的磁特性，是一种不含金属的。迄今报道的居里温度，16.1K，这是高于其他有机分子铁磁体的居里温度。有机铁磁体在磁性记忆材料具有重要的应用价值，特别是与碳材料的成本低，有机铁磁体的研究和开发C60来代替昂贵的金属磁铁磁铁具有非常重要的意义。

化学周环反应

富勒烯[6,6]键和二烯体或二烯亲的身体反应，如DA反应。 [2 +2]环加成反应，形成一个四元环，如苯乙炔。 1,3 - 偶极环加成反应，可以生成一个五元环，称为Prato的反应。富勒烯与卡宾反应形成亚甲基富勒烯。周环反应加氢

富勒烯氢化物的简单方法。氢化富勒烯，如C60H18，C60H36。然而，被假定为存在，因为张力过大的分子，经完全氢化的C60H60。高度不稳定的氢化富勒烯，富勒烯与氢在高温条件下直接反应，直接反应将导致崩溃的笼形结构，而形成的多环芳族烃。

羟化的的

富勒烯可以通过以下方式获得羟化，富勒醇（富勒）和富勒。其水溶性依赖于在分子中的羟基数（富勒）多少。一种方法是，可能会产生用稀硫酸和硝酸钾反应的富勒烯C 60（OH）15。另一种方法是增加24至26中的羟基的稀氢氧化钠溶液中，将反应催化TBAH。羟基化反应的反应也被报道与溶剂的氢氧化钠和过氧化氢和富勒烯反应。用富勒烯C 60（OH）8的过氧化氢合成反应的羟基的最大数目，可以达到36-40。

氧化还原反应

氧化还原反应：在光线条件下的C60 O2反应环氧C60O2，但这种不稳定的环氧化物与氧化铝分离可以恢复到C60。

加成反应

C60的与氢或卤素单质添加。完全氢化的绒毛球烷的化学式为C60H60（Fuzzyball）（奖金成氢原子可能是，也可能是在笼子里的C60 C60外部）。烷基的基团R可以产生与C60 C60直接键合和哑铃二聚体RC60-C60R RC60 RC60可以生成加合物的反应。

电加成

富勒烯也可发生亲电反应。富勒烯球24加溴原子。电加成最多的纪录保持者是C60F48。根据氟硅烷（Si元素）也很难预测C60F60是否有可能会出现一些在内的位置（参考富勒烯）的氟原子的结构，该化合物是多圆顶类似的管状富勒烯分子。

协调反应

富勒烯作为配体在有机金属化学。 [6,6]双键电子缺陷，通常为金属结合常数η= 2（配位化学）。绑定模式，如η= 5或η= 6可以改变的球形富勒烯改变配体。富勒烯和硫羰基钨W（CO）6在环己烷溶液中，阳光直接照射的反应，（η2-C 60）5 W（CO）6。

嵌入式反应

通过化学装置，以选择性地切断由反应制备富勒烯开口在富勒烯骨架的碳 - 碳键。孔后，一些小分子可以被安装到的碳球，如氢分子，氦，锂等。在1995年第一洞富勒烯由Wudl和其他报告。反加成反应

反加法

复古添置（RA）。有研究表明，RA消除取代基富勒烯体分离后，达到自己的目的。 />与金属反应的反应C60与金属分为两种情况：一种是被放置在C60碳笼内部的金属，另一种是在C60碳笼的金属之外的：1） C60碳笼形成复合物反应。 C60富勒烯是一个封闭的中空的多面体结构，管腔直径为7.1？，内部嵌入的原子，离子，或小分子，以形成一个新的簇分子的C60 + AC60（A）。斯莫利等生成C60和C60（A）现在已经发现，金属钾，钠，铯，镧，钡，锶，U，Y，铈，钐，铕，钆，铽，钬Ho，钍等。除金属外的惰性气体，如氦，氖，氟化锂，氯化锂，氯化钠，和其它极性分子也可以被重定位C60笼。 2）键合反应的C60富勒烯以外。 Ohno等人发现可以结合C60键：V，铁，钴，镍，铑，铜，镧，镱，银等的金属。 />颜色反应

C60溶于二硫化碳。颜色呈紫色。

氢气不含有碳，燃烧后不产生CO2。氢气可以通过太阳能、风能等可再生能源获得，被认为是理想的能源或能源载体。氢气作为内燃机燃料时，极易实现稀薄燃烧，排放污染物少，热效率高。

基本介绍中文名 ：氢燃料发动机 领域 ：汽车 发展历史,氢燃料,套用, 发展历史 早在100 多年前，英国科学家就提出用氢为燃料的理论，但这一理论主要用于利用氢反应发电的原理制成质子交换膜燃料电池。随着氢燃料技术的进一步发展，出现了将氢气直接作为发动机燃料的套用，这种氢燃料发动机驱动的汽车比上述电动车更符合“氢燃料汽车”或“燃氢汽车”的称谓。目前氢燃料主要用于汽油发动机，国内外都有报导称已研制成 100%使用氢燃料的汽车，但实际套用的氢燃汽车大多采用氢与汽油或柴油混合的燃料。 氢燃料 用于车辆燃料用途的氢气，其随车储存的方法须符合安全、占体积小、容易添加等要求。 主要实用方法有：液氢储存、金属氢化物储存、有机液态储存等。 液态氢 氢气在一定的压力和温度下呈液态，常压时液态氢的密度是气态氢的 845 倍，占体积小。液氢的体积能量密度高，其单位热值约为汽油的 3 倍。与金属氢化物储存等其它方法相比，液氢储存时自身的质量最轻。液氢的添加和计量与传统液态燃料相似，液氢的这些特点有利于车用燃料的储存要求。 但是，液氢对储存容器的绝热和安全性设计要求很高。液氢与环境温度相差很大，蒸发损失及将气态氢经高压低温变成液态氢损失使氢液的成本较大，难于大量建立供给站及在民用车辆上套用。 金属氢化物储氢 所谓金属氢化物储氢，是先将特殊金属与氢反应生成金属氢化物，使用时再加热金属氢化物释放氢供作燃料。目前研究套用的储氢金属或合金主要有钛系、稀土系、镁系等。 金属氢化物的储氢密度接近液态氢，适合于随车燃料储存的要求。金属氢化物储氢的另一优点是氢原子在合金中储存及释放使用过程时不易爆炸，安全性好。宾士汽车公司生产的以汽油和氢气共同作燃料的小轿车就是用钛铁合金氢化物为贮氢箱。 金属氢化物储氢的缺点是储氢合金性能的衰减。随着反复的使用，储氢合金内部累积应变引起塑性变形或损坏；金属中与氢亲合力小的元素在反应过程中游离减少；原料气体中的杂质会积存在金属氢化物内；这些都使金属变质，其储氢和放氢能力下降。 有机液体储氢 这种储氢方法利用催化装置把氢暂存于苯、甲苯、甲基环己烷等有机物液体里，氢在这些有机物液体中可被安全地储存和运输。使用氢燃料时，以催化脱氢装置把氢从有机物液体中脱离出来，而有机物液体脱氢后可再利用。 有机物液体储氢的方法在储存及运输时安全、成本低，储氢量与金属氢化物相似，储氢剂可循环使用。但有机物液体加氢及脱氢反应会消耗较多能量，并需要理想的催化剂。 甲醇重整生成氢 上述方法所储的氢较多用于氢燃料电池，供电动车的马达电源用。对于发动机驱动的“氢燃料汽车”，可直接用甲醇重整等方法获得氢。常压、高温状态时，甲醇等醇类在催化剂作用下能生成氢。甲醇可以从玉米、甘蔗等植物秸杆或煤炭、天然气等矿物中制取，甲醇重整生成的氢较纯。 因为是在高温状态下生成的氢，氢气中混有蒸发成分，所以氢燃料不是单纯的“气态”，而是类似于雾化汽油的“汽态”。氢燃料的这种状态有利于供给传统燃料发动机使用。 套用 如上所述，氢燃料在车辆驱动能源方面的套用，起始于把氢燃料电池用作电动车电源。 近代的氢燃料电动车的某些性能可满足使用要求，如戴克公司的使用 Mark 900 氢燃料电池的NECAR5 电动车，其电动机输出功率可达 75 k W，最高时速可达 150 km⋅h。 但电动车不可能完全取代汽车，主要是因为电池的寿命远短于发动机寿命，而且电动车的最大连续行驶里程受到配备电池数量的限制，一般，电动车装用近百公斤的电池，最大续行驶里程也仅 200 km 左右。尤其是对于数量巨大的在用汽车，不可能将其发动机全报废而改用电动机驱动。因此近代专业人员一直致力于将氢气直接作为发动机燃料的研究，一方面适合发动机能源、排放等方面的要求，另一方面又满足汽车连续行驶里程及能利用在用的发动机。 用作发动机燃料的氢气，可通过甲醇重整等方法获得。液态的甲醇便于被汽车加灌和配带；甲醇能从许多种植物或化工废料中提取，易于燃料站的设立；这些都有利于氢燃料在传统发动机上的套用。上世纪90年代，国内外相继有汽车厂研制出 100%燃烧甲醇的发动机。但这类发动机还停留在实验室阶段，没有大范围推广。主要是由于甲醇的雾化条件、燃烧特性、储能密度等与传统燃料汽油、柴油不完全相同，相应对发动机构造要求也不同。各能源按照储能密度大小排序为：汽油 >甲醇 >氢燃料电池 >锂系电池 >传统 Pb 电池。汽油的发热量是34778 k J，其能量密度约 13073 Wh·kg，远大于其它能源。因此，以汽油为燃料的汽车连续行驶里程大、加速性能和爬坡性能好。在氢燃料中混合一定汽油(或柴油)，可以充分利用汽油的高储能密度特性。 目前实际套用较多的氢燃料发动机，是将氢与汽化的汽油或柴油混合后再燃用，氢在混合燃料中占30%∼85%。图 1 是一种氢燃料发动机的燃料供给系简图。 图 1 一种氢燃料发动机的燃料供给系 图 1 中，汽油箱中的汽油通过化油器向发动机提供，在不使用氢燃料时与传统燃料系统相同。附加的氢燃料供给系统由甲醇容器、氢发生器、控制阀、压力表等组成，氢发生器串接在排气管上。甲醇容器中的甲醇进入氢发生器之后，在废气余热和催化剂作用下裂解生成氢。在发动机汽缸真空度作用下，生成的氢被吸入化油器与汽油混合，混合燃料的浓度可通过化汽器各个阀控制。 国内氢发生器所用的催化剂一般含有镍、铂钯、钾和铝等元素，发动机排气管中的废气余热为 300℃~780℃。对 492QA2 汽油机作台架及道路试验表明，发动机使用掺氢汽油后在燃油经济性和废气排放方面有明显改善，而动力性与燃用纯汽油时基本相同。表 1 是一些汽油发动机使用不同燃料时的怠速排放对比。 表 1 汽油发动机用不同燃料时的怠速排放 甲醇的价格是汽油价格的 1/2，以氢气代替汽油为燃料使成本降低，并缓解对石油的依赖。混合燃料中的氢使燃烧更充分，而且氢燃烧后的主要废气是水汽，因此，可大幅减少发动机排放污染。另外，甲醇的裂解反应是吸热过程，串接在排气管上的氢发生器吸收了排气热量，与消声器吸收排气能量的作用一样能降低排气噪声，减少对环境放热和噪声。 图 1 所示的氢燃料发动机的燃料供给系统，不改动原发动机构造，只需要作很少调整和加装氢燃料供给系统部件，当不用氢燃料时发动机仍可燃用汽油，因此，适合于对在用汽车的改造。尤其对于耗油量大、排放差的汽车，可作为没条件更新时的过渡措施。

有，很多。

燃料电池分类:

1. 按燃料电池的运行机理分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质，因此，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。在燃料电池中，磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池（PEMFC）可以冷起动和快起动，可以用作为移动电源，适应FCEV使用的要求，更加具有竞争力。

3. 按燃料类型分，有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。

4. 按燃料电池工作温度分，有低温型，温度低于200℃；中温型，温度为200～750℃；高温型，温度高于750℃。

最实用的燃料电池是以氢或含富氢的气体燃料，但是在自然界是不能直接获得氢的，燃料电池氢的；来源通常是以石油燃料、甲醇、乙醇、沼气、天然气、石脑油和煤气中，经过重整、裂解等化学处理后来制取含富氢的气体燃料。氧化剂则采用氧气或空气，最常见的是用空气作为氧化剂。