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储能科学与技术

如何将固态储氢技术的加氢速度提高5倍

2020-1-10 13:50| 发布者: admin| 查看: 90| 评论: 0

摘要: 氢是一种清洁的汽车燃料,但是储存氢仍然面临许多挑战。Helmholtz-Zentrum Geesthacht材料和海岸研究中心(HZG)的材料研究人员正在开发基于轻金属氢化物的储氢系统。他们现在在科学杂志《自然科学报告》上发表了一个 ...

氢是一种清洁的汽车燃料,但是储存氢仍然面临许多挑战。Helmholtz-Zentrum Geesthacht材料和海岸研究中心(HZG)的材料研究人员正在开发基于轻金属氢化物的储氢系统。他们现在在科学杂志《自然科学报告》上发表了一个新概念,通过这个新概念,这些系统可以在工作温度低于180摄氏度的情况下,第一次以五倍的速度完成氢气加注。

氢是碳中性交通的完美解决方案,如果这种气体是由风力等可再生能源产生的。氢在容器中,不会产生一克二氧化碳;只有水蒸气。氢利用的限制因素之一是缺乏有效的储存系统。在目前的燃料电池汽车中,氢被注入压力高达700bar的高压气罐中,这是一项昂贵的技术。基于酰胺氢化物的固态储氢方式是一种很有前途的选择。

所谓的镁氢化物已经被Helmholtz-Zentrum Geesthacht作为潜在的储氢系统研究了好几年。与传统压力容器相比,它的优点是:每单位体积能储存更多的氢,因此也就能够储存更多的能量。举个例子:一辆燃料电池汽车可以用5公斤氢气行驶大约500公里。一个高压容器需要122升的容积才能装下5公斤氢,而一个镁氢容器只需要46升的容积就可以装下同样重量的氢。然而,问题是,需要在大约300摄氏度的高温下完成氢气的填充。

为了降低温度,研究人员使用了钾等添加剂。Claudio Pistidda是Helmholtz-Zentrum Geesthacht的“纳米技术”部门的一位材料研究员,同时也是相关论文的作者之一,他解释说:“不幸的是,这些添加物常常导致储氢容量的急剧下降。因此,我们开发了一种新的反应性氢化物复合体系,该体系具有很高的储氢能力,可以在180摄氏度的工作温度下非常迅速地装满和排出氢气。”

例如,为镁-酰胺基氢化物注入5公斤氢燃料的过程大约需要30分钟。HZG的科学家们现在已经成功地将两种添加剂结合在一起,从而大大减少了系统填充和排出所需的时间。科学家们已经使用专门的磨机将钾和钛酸盐以及镁-酰胺基氢化物磨成微小的纳米颗粒。这大大增加了单个粒子的表面积,允许它们结合更多的氢。

HZG的博士生G?khanGizer为了这项研究进行了无数次的实验。三年后,他取得了突破:在研究中,研究人员能够证明所开发的添加剂起到了催化剂的作用,并加速了氢在反应性氢化物复合体系中的负载。G?khanGizer解释说:“我们发明了一种催化剂,可使加注过程的速度提高约五倍。”

一般来说,金属氢化物储罐的充放取决于传热、气体通过氢化物的运动以及与氢化物的反应速率。详细了解这些过程构成了科学家研究的基础。具有真正附加价值的基础研究:“这项研究的结果使我们离有竞争力的储氢技术又近了一大步,”Pistidda博士解释道。

“纳米技术”部门的科学家们目前正致力于优化这些新材料的反应动力学,以使它们有资格在汽车上进行实际的技术应用。


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