如何將固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的加氫速度提高5倍
來(lái)源：燃料電池工程 2020-01-10
氫是一種清潔的汽車燃料，但是儲(chǔ)存氫仍然面臨許多挑戰(zhàn)。Helmholtz-Zentrum Geesthacht材料和海岸研究中心(HZG)的材料研究人員正在開發(fā)基于輕金屬氫化物的儲(chǔ)氫系統(tǒng)。他們現(xiàn)在在科學(xué)雜志《自然科學(xué)報(bào)告》上發(fā)表了一個(gè)新概念，通過(guò)這個(gè)新概念，這些系統(tǒng)可以在工作溫度低于180攝氏度的情況下，第一次以五倍的速度完成氫氣加注。
氫是碳中性交通的完美解決方案，如果這種氣體是由風(fēng)力等可再生能源產(chǎn)生的。氫在容器中，不會(huì)產(chǎn)生一克二氧化碳；只有水蒸氣。氫利用的限制因素之一是缺乏有效的儲(chǔ)存系統(tǒng)。在目前的燃料電池汽車中，氫被注入壓力高達(dá)700bar的高壓氣罐中，這是一項(xiàng)昂貴的技術(shù)。基于酰胺氫化物的固態(tài)儲(chǔ)氫方式是一種很有前途的選擇。
所謂的鎂氫化物已經(jīng)被Helmholtz-Zentrum Geesthacht作為潛在的儲(chǔ)氫系統(tǒng)研究了好幾年。與傳統(tǒng)壓力容器相比，它的優(yōu)點(diǎn)是：每單位體積能儲(chǔ)存更多的氫，因此也就能夠儲(chǔ)存更多的能量。舉個(gè)例子：一輛燃料電池汽車可以用5公斤氫氣行駛大約500公里。一個(gè)高壓容器需要122升的容積才能裝下5公斤氫，而一個(gè)鎂氫容器只需要46升的容積就可以裝下同樣重量的氫。然而，問(wèn)題是，需要在大約300攝氏度的高溫下完成氫氣的填充。
為了降低溫度，研究人員使用了鉀等添加劑。Claudio Pistidda是Helmholtz-Zentrum Geesthacht的“納米技術(shù)”部門的一位材料研究員，同時(shí)也是相關(guān)論文的作者之一，他解釋說(shuō)：“不幸的是，這些添加物常常導(dǎo)致儲(chǔ)氫容量的急劇下降。因此，我們開發(fā)了一種新的反應(yīng)性氫化物復(fù)合體系，該體系具有很高的儲(chǔ)氫能力，可以在180攝氏度的工作溫度下非常迅速地裝滿和排出氫氣。”
例如，為鎂-酰胺基氫化物注入5公斤氫燃料的過(guò)程大約需要30分鐘。HZG的科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)成功地將兩種添加劑結(jié)合在一起，從而大大減少了系統(tǒng)填充和排出所需的時(shí)間。科學(xué)家們已經(jīng)使用專門的磨機(jī)將鉀和鈦酸鹽以及鎂-酰胺基氫化物磨成微小的納米顆粒。這大大增加了單個(gè)粒子的表面積，允許它們結(jié)合更多的氫。
HZG的博士生G?khanGizer為了這項(xiàng)研究進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)。三年后，他取得了突破：在研究中，研究人員能夠證明所開發(fā)的添加劑起到了催化劑的作用，并加速了氫在反應(yīng)性氫化物復(fù)合體系中的負(fù)載。G?khanGizer解釋說(shuō)：“我們發(fā)明了一種催化劑，可使加注過(guò)程的速度提高約五倍。”
一般來(lái)說(shuō)，金屬氫化物儲(chǔ)罐的充放取決于傳熱、氣體通過(guò)氫化物的運(yùn)動(dòng)以及與氫化物的反應(yīng)速率。詳細(xì)了解這些過(guò)程構(gòu)成了科學(xué)家研究的基礎(chǔ)。具有真正附加價(jià)值的基礎(chǔ)研究：“這項(xiàng)研究的結(jié)果使我們離有競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)氫技術(shù)又近了一大步，”Pistidda博士解釋道。
“納米技術(shù)”部門的科學(xué)家們目前正致力于優(yōu)化這些新材料的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，以使它們有資格在汽車上進(jìn)行實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用
