氢储存运输及加注技术教学课件：1.5固态储运氢

固态储运氢固态储运氢技术金属氢化物材料通过物理或化学方式利用储氢材料将氢固化在材料中，与气态储氢和液态储氢相比，储运容器中仅存在极少量传统意义上的单质氢气。轻金属配位氢化物物理吸附材料固态储运氢技术氢储存运输安全性高运维成本低固态储氢材料吸附原理不同分类物理吸附储氢材料化学吸附储氢材料通过范德华力将氢分子可逆地吸附在比表面积高的多孔材料。氢一般是以离子键或共价键与其他元素结合，生成金属氢化物等材料，在一定条件下可逆地吸收和释放氢气。储氢合金金属氢化物配位氢化物氨硼烷及其衍生物固态储运氢技术吸附原理不同分类物理吸附储氢材料通过范德华力将氢分子可逆地吸附在比表面积高的多孔材料。碳基材料石墨活性炭碳纳米管无机多孔材料沸石金属有机骨架化合物大多数物理吸附类材料在较低的温度下才能达到一定的储氢密度，常温常压下吸氢量很低，因此限制了其应用。固态储运氢技术储氢合金及

金属氢化物储氢材料金属特有的原子结构规则排布晶格间隙则用来作为空位储存氢原子储氢合金及金属氢化物储氢材料金属（合金）储氢的工作原理金属合金在一定温度和氢气压力条件下，一些金属材料能够大量“吸收”氢气，即与氢反应生成金属氢化物，同时放出热量。固态储运氢技术金属（合金）储氢合金及金属氢化物储氢材料加热时金属氢化物又会分解并将储存的氢释放出来。氢气的“吸收”和“释放”过程是可逆的，可以重复循环进行。金属的吸氢反应第一步在范德华力作用下，氢气首先被吸附于金属表面，在表面金属原子作用下，H2解离为H原子。第二步H原子从表面向金属内部扩散，进入金属原子结构间隙。第三步随着体相中H原子浓度的持续增长，在金属晶格中开始形成α相固溶体。固态储运氢技术金属的吸氢反应第四步氢原子浓度继续增加，其在α相固溶体中固溶度饱和后，发生化学反应，产生β相金属氢化物，氢化反应完成。多数金属氢化物吸氢反应是可逆反应脱氢反应步骤：是上述步骤的逆过程固态储运氢技术什么是配位氢化物呢？配位氢化物储氢材料配位氢化物储氢材料配位氢化物是一种中心原子与氢原子以共价键的形式形成阴离子配位基团，再与金属离子形成的配位化合物。铝氢化物硼氢化物氮氢化物固态储运氢技术金属硼氢化物放氢反应复杂理论质量储氢密度较高；需要在>300℃的高温条件下经过多步反应才能放氢，放氢速率较慢，且循环稳定性较差。改善硼氢化物储氢性能的方法：配位氢化物储氢材料放氢过程中会产生NH3等杂质气体，需通过吸附等方式提纯。①热力学调控包括元素替代和复合。固态储运氢技术金属硼氢化物放氢反应复杂理论质量储氢密度较高；需要在>300℃的高温条件下经过多步反应才能放氢，放氢速率较慢，且循环稳定性较差。改善硼氢化物储氢性能的方法：配位氢化物储氢材料放氢过程中会产生NH3等杂质气体，需通过吸附等方式提纯。②动力学调控通过催化剂掺杂或原位反应生成的活性物质来提供足够活性反应点来提高反应动力学。固态储运氢技术金属硼氢化物放氢反应复杂理论质量储氢密度较高；需要在>300℃的高温条件下经过多步反应才能放氢，放氢速率较慢，且循环稳定性较差。改善硼氢化物储氢性能的方法：配位氢化物储氢材料放氢过程中会产生NH3等杂质气体，需通过吸附等方式提纯。③纳米化通过减少颗粒尺寸、优化材料结构和纳米限域的方式，提高体系热力学和动力学性能。固态储运氢技术氨硼烷及

其衍生物储氢材料放氢方式氨硼烷及其衍生物储氢材料氨硼烷在室温下需要合适的催化剂存在才能脱氢。氨硼烷理论含氢量高达19.6%水解放氢热解放氢适用于氨硼烷水解反应的催化剂贵金属非贵金属-贵金属合金非贵金属催化剂负载型金属催化剂固态储运氢技术氨硼烷的衍生物金属氨基硼烷化合物双金属氨基硼烷化合物含氨衍生物温度明显下降过程复杂生成氨、乙硼烷等副产物氨硼烷放氢储氢合金及金属氢化物储氢材料配位氢化物储氢材料凭借储氢量高、原料丰富、价格低廉以及释放产生氢气纯度高的特点。镁系氨硼烷及其衍生物储氢材料钛系钒系稀土系锆系最有产业化发展前景的固态储氢材料之一。固态储运氢技术固定式应用固态储氢的应用移动式应用分布式供能电力调峰电站应急备用电源制氢或用氢现场缓存车（船）载储氢对固态储氢系统的重量要求不高，对储氢系统的安全性、寿命和成本提出较高要求。运氢需求与固定式应用不同，需要特别关注固态储氢系统的重量以及储氢罐体与系统间的热交换。热交换剂必须控制在最低限度，热交换装置应尽可能紧凑和有效。固态储运氢技术氢能交通领域固态储氢装置高压储氢主流车型采用三个罐，摆放占用空间较大。可以与底盘进行一体式设计（类似电动车），空间利用率将会大大提高。固态储氢应用场景安全性更好；车辆可以放心进入地下车库停放。长时间工作于密闭空间的叉车和潜艇。优点应用场景固态储运氢技术凭借着近年来的技术创新和加强，取得了实质性的进展，一些特殊场景已有示范性应用。与国外相比我国起步较晚氢能两轮车采用固态储氢技术续航里程在55-120km