车载储氢技术的发展现状及展望_黄明宇
储氢材料的储氢原理与研究现状
储氢材料的储氢原理与研究现状 氢能，即氢气中所含有的能量。具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高等特点[2]。目前，能源危机和环境危机日益严重。许多国家都在加紧部署、实施氢能战略，如美国针对运输机械的“Freedom CAR”计划和针对规模制氢的“Future Gen”计划，日本的“New Sunshine”计划及“We-NET”系统，欧洲的“Framework”计划中关于氢能科技的投人也呈现指数上升趋势[3]。但是，氢能的使用至今未能商业化，主要的制约因素就是存储问题难以解决。因此，氢能的利用和研究成为是当今科学研究的热点之一。而寻找性能优越、安全性高、价格低廉、环保的储氢材料则成为氢能研究的关键。 目前，氢可以以高压气态液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。高压气态液态[4]储氢发展的历史 较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到15MPa时质量储氢密度不超过3 %。而且存在很大的安全隐患，成本也很高。 金属氢化物[5-7]储氢开始于1967年，Reilly等报道Mg2Cu能大量储存氢气，接着1970年菲利浦公司报道LaNi5在室温下能可逆吸储与释放氢气，到1984年Willims制出镍氢化物电池，掀起稀土基储氢材料的开发热潮[8-9]。金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构形成氢化物。有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。具体有NaH-Al-Ti、 Li3N-LiNH2、MgB2-LiH、MgH2-Cr2O3及Ni(Cu,Rh)-Cr-FeO x等物质，
2019年车载储氢行业分析报告
2019年车载储氢行业 分析报告 2019年7月
目录 一、车载储氢技术多元化，高压气态储氢是主流路径 (5) 1、车载储氢技术是燃料电池重点突破环节 (5) 2、高压气态车载储氢已达可使用状态 (7) （1）车用高压气态储氢 (7) （2）固定式高压气态储氢 (9) 3、其他车载储氢方式尚不成熟 (11) （1）有机液体储氢 (11) （2）低温液态储氢 (12) （3）金属氢化物储氢 (13) 二、高压气态储氢应用依赖于车载氢瓶技术 (14) 1、我国气瓶制造技术与国际存在一定差距 (14) （1）国内IV型瓶研发滞后 (14) （2）碳纤维依赖进口 (15) （3）液氢储罐汽车应用发展缓慢 (15) 2、国内以III型气瓶为主，未来需向IV型过渡 (16) （1）国内内衬材料多选用铝合金 (16) （2）纤维缠绕层选用碳纤维作为增强材料 (17) 3、国内以35MPa气态氢为主，未来需向70MPa过渡 (19) 三、高端碳纤维是制造储氢瓶的核心材料 (20) 1、储氢瓶等压力容器是碳纤维主要下游需求之一 (20) 2、高端碳纤维制造产业被美、日垄断 (23) （1）碳纤维行业属于资本和技术密集型行业，行业壁垒高 (23) （2）应用领域不断拓展，潜在市场逐步成熟 (23) （3）日本及欧美领先企业垄断全球市场 (24)
（4）市场和政府在行业发展中发挥重要作用 (24) 3、我国碳纤维对外依存度超过70%，产能集中度逐步提高 (26) 四、相关企业 (28) 1、气瓶制造企业加速高压储氢瓶研发 (29) （1）京城股份 (29) （2）富瑞特装 (30) （3）中材科技 (31) 2、国内高端碳纤维产品研发能力逐步提升 (32) （1）光威复材 (32) （2）中简科技 (33)
金属氢化物贮氢技术研究与发展
作者:陈长聘王启东(浙江大学) 【摘要】氢的贮存与输送是氢能利用中的重要环节。石油化工、合成氨、冶金、电子、电力、医药、食品、玻璃生产、火箭燃料和科学实验等以氢作为原料气、还原气、冷却气或燃料。由于氢的易燃性、易扩散性和重量轻，因此其贮存与输送中的安全、高效和无泄漏损失是人们在实际应用中优先考虑的问题。原则上，氢可以以气体、液体、固体（氢化物）或化合物（如氨、甲醇等）的形式贮存与运输。 引言 氢的贮存与输送是氢能利用中的重要环节。石油化工、合成氨、冶金、电子、电力、医药、食品、玻璃生产、火箭燃料和科学实验等以氢作为原料气、还原气、冷却气或燃料。由于氢的易燃性、易扩散性和重量轻，因此其贮存与输送中的安全、高效和无泄漏损失是人们在实际应用中优先考虑的问题。原则上，氢可以以气体、液体、固体（氢化物）或化合物（如氨、甲醇等）的形式贮存与运输。工业实际应用中大致有五·种贮氢方法，即：（1）常压贮存，如湿式气柜、地下储仓；（D高压容器，如钢制压力容器和钢瓶；（3）液氢贮存（真空绝热贮槽和液化机组）；（4）金属氢化物方式（可逆和不可逆氢化物）；（5）吸附贮存，如低温吸附和高压吸附。除管道输送外1高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。表：列出了一些氢贮存介质的贮氢能力和贮氢密度比较。显然，液氢具有较高的单位体积贮氢能力，但是装料和绝热不完善造成的蒸发损失可达容器体积的4．5％，所以比较适用于快装快用的场合。高压容器贮氢，无论单位体积贮氢能力或能量密度均为最低，当然还有安全性差的问题。金属氢化物贮存和输送氢最大优点是其特有的安全佐和高的体积贮氢密度。利用金属氢化物贮运氢气涉及到贮氢材料、氢化物工程技术以及贮氢器的结构设计等多方面问题。本文在扼要回顾有关研究与发展状况的同时，将着重介绍该领域近年来所取得的新的进展。 1金属氢化物贮氢技术原理 称得上“贮氢合金”的材料应具有像海绵吸收水那样能可逆地吸放大量氢气的特性。原则上说，这种合金大都属金属氢化合物，其特征是由一种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素（A）和另一种吸氢量小或根本不吸氢的元素（B）共同组成。贮氢合金与氢接触首先形成含氢固溶体（MHx)，其溶解度[H]M与固溶体平衡氢压PH2的平方根成正比，即 （1）其后，在一定的温度和压力条件下，固溶相MHx继续与氢反应生成金属氢化物，这
车载氢气安全研究
燃料电池汽车车载氢气安全研究 当前能源和环境问题日益紧张，世界上石油等传统能源面临枯竭的严重考验。同时，由动力机械使用传统能源引起的环境污染日益威胁到人们的生活，温室气体的排放、酸雨的形成无不与使用传统燃料相关。因此发展为动力机械使用的清洁可替代燃料，成为目前亟待解决的问题。 在此背景之下开发出了使用清洁能源氢气作为燃料的燃料电池汽车。这种新能源汽车由氢气和氧通过燃料电池产生的电能提供动力，氢氧反应这一过程不仅有极高的能量利用效率，而且排放物只有水，对环境没有任何污染。但是，氢气本身的特性如泄漏性、爆炸性和氢脆等，使得燃料电池汽车存在着一定的安全隐患，这种新能源动力系统的安全性成为人们首先关心的问题。这些安全问题包括储氢安全、车载氢气系统的安全、燃料电池汽车发生碰撞以及发生氢气泄露时的安全等。因此，为了燃料电池汽车的推广使用，有必要对其安全性进行深入研究。 1 燃料电池汽车的储氢安全 对燃料电池汽车来讲，氢气的存储应当密度高、轻便、安全而且经济。一台装有24 L 汽油可行驶400 km 的汽车，行驶同样的距离，靠燃烧方式需消耗8 kg 氢，靠电池供能则仅需4 kg 氢。4kg 的氢气在室温和一个大气压下体积为45000L，这对汽车载氢是不现实的。目前限制燃料电池汽车推广的最主要因素就是氢气的储存问题。目前比较常用的储氢技术有高压压缩储氢、深冷液化储氢、金属氢化物储氢、碳纳米管吸附储氢及有机液体氢化物储氢等。 目前大多数燃料电池汽车都采用高压压缩储氢方法，但是要携带足够行驶400 ～ 500 km 的高压气态氢，容器必须由能经受住高达70 MPa 压力的复合材料制成。同济大学研制的燃料电池汽车超越1 号使用的是20 MPa、50 L 车用压缩氢气铝胆复合气瓶储氢; 大连新源动力研制的燃料电池轿车使用30 MPa、40 L 车用压缩氢气铝胆复合气瓶储氢; 北京奥运会燃料电池示范车使用35MPa、140 L 车用压缩氢气瓶储氢; 武汉理工大学的楚天2 号中巴车使用20 MPa、汽车用压缩氢气铝胆复合气瓶储氢; 奔驰公司采用车顶设置高压储氢容器储氢。目前德国、美国和加拿大等国已经通过了37.5 MPa 的高压氢罐的相应测试以及生产许可，工作压力可高达68.9 MPa 的高压氢罐也已经通过了相应的实验。如此高的压力容器，如果发生撞车，后果不堪设想。因此越来越多的人开始关注新的储氢方式，以减少高压储氢的危险。 液态氢存储具有较高的能量质量比，约为气态时的3 倍，但液态氢将气态氢冷却到－ 235 ℃才能得到，耗损太大。另外，液态氢难以存储，无法避免蒸发( 每天大约损失1% ～ 3%) ，车辆停放__时间长时，蒸发的氢就会浪费，因此液态氢存储要求具有良好的绝热措施。德国戴姆勒－克
新型含能体能源：氢能与储氢技术的最新进展
论文关键词：氢能制氢技术储氢技术 论文摘要：氢能是21世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源。实现氢能的利用，氢的储运是目前要解决的关键问题。文章综述了氢气制备技术和储备技术的最新研究进展，并探讨了制氢与储氢技术的关键问题。最后对进一步的研究进展进行展望，提出了可供研究的课题方向。 0 引言 资源减少、能源短缺、环境污染日益严重。为了我国经济可持续发展的战略国策，寻找洁净的新能源和可再生能源来替代化石能源已经迫在眉睫。氢能以其热值高、无污染、来源丰富等优点，越来越受到人们的重视，被称为21世纪的理想能源。是人类能够从自然界获取的、储量非常丰富而且高效的含能体能源。 作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值：氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁。氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的燃机稍加改装即可使用。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体。所以，研究利用氢能已成为国外学者研究的热点[1、2、3、4]。 1国外氢能发展状况 2003年11月19-21日在美国首都华盛顿欧米尼·西海姆大酒店举行“国际氢能经济合作伙伴组织”[The International Partnership For The Hydrogen Economy( IPHE)]成立大会，共有澳大利亚、巴西、加拿大、中国、法国、德国、冰岛、印度、意大利、日本、国、俄罗斯、英国、美国和欧盟的政府代表团及工商业界代表数百人出席会议。IPHE是一种新的氢能国际合作关系，这种合作将支持未来的氢能和电动汽车技术，建设一个安全、有效和经济的世界围的氢能生产、储存、运输、分配和使用设施的大系统。氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究的对象。 氢能广泛应用的关键，在于研制出成本低的制氢技术。目前，氢能利用技术开发已在世界主要发达国家和发展中国家启动，并取得不同程度的成果。美国已研制成功世界上第一辆以氢为燃料的汽车，可将60%-80%的氢能转换成动能，其能量转换率比普通燃机高一倍。1989年，美国太平洋能源公司发明了能大量生产廉价氢燃料的新技术。可用于水分解的一种化学催化剂。用这种方法分解出来的氢成本很低，因而成为世界上最便宜的燃料[1－3，6]。 欧盟(EU)也加紧对氢能的开发利用。在2002-2006年欧盟第6个框架研究计划中，对氢能和燃料电池研究的投资为2,500万-3,000万欧元，比上一个框架计划提高了1倍。北欧国家2005年成立了“北欧能源研究机构”，通过生物制氢系统分析，提高生物生产氢能力。2005年7月，德国宝马( BMW)汽车公司推出了一款新型氢燃料汽车，充分利用了氢不会造
MOFs储氢
金属-有机框架物(MOFs)储氢材料研究进展 摘要：介绍了一种新型储氢材料—金属-有机框架物(Metal-organic framework，MoFs)。该材料具有许多优异的性能，如密度小、比表面积大、气孔率高等， 并可通过组装来控制框架物的结构和孔径的大小，是一种具有发展前景的新型 储氢材料。在总结、评述MOFs储氢材料的储氢性能及其影响因素等基础上提出了今后的发展方向。 关键词：多孔材料；金属-有机框架物；储氢 1 引言 近年来，由于化石燃料及自然资源的大量消耗，对于发展新型洁净高效的 能源材料来取代传统化石燃料的要求越来越迫切，亟需寻找一种可再生，洁净 且含量丰富的新型能源材料。氢是宇宙中含量最丰富的元素，有着成为将来主 要能量载体的潜在优势。最重要的是，氢与氧气反应的唯一产物是对环境无污 染的水，这是当前所用石油等燃料所不能超越的优点。然而，由于氢的体积能 量密度低，如何储存大量的氢，成为氢能源时代到来所要解决的一个关键问题。在氢气制备、传输、储存和使用过程中，如何使氢气能安全有效地储存是当前 最大的障碍。如果储存的问题解决了，必定激励氢气其他问题的解决。因此， 研究、开发氢气的储存材料与安全储氢技术是当前国际研究的前沿和热点。 2 MOFs储氢材料 MOFs材料一般是由离散的金属氧化物团簇(Metal ionconnector)通过刚性有 机链(Organic linker)，如芳香族多元羧酸或多元胺等相互连接并自组装形成的 晶态材料。在连接过程中会形成多种有趣的拓扑结构，这些结构的形成与基于 苯环的多功能分子的链接方式的差异性、金属-氧或金属-氮核(四面体配位或八面体配位)的点对称性有关。MOFs的制备方法简单、产率高，而且可以通过设 计构建单元，自组装获得不同结构的目标产物，且所得产物具有稳定的规则多
碳质储氢材料的研究进展
碳质储氢材料的研究进展 摘要 碳质材料由于具备质量轻、吸氢量大等优良特性，近年来引起了学者们的广泛关注。综述了碳质储氢材料的研究进展，介绍了碳质材料的储氢机理，并就近年来研究的热点探讨了影响碳质材料储氢的各种因素。最后，对碳质储氢材料的发展前景进行了展望。 关键词：碳质材料储氢储氢材料进展 Abstract Carbonaceous materials have been arousing increased research attention recently ，due to numerousadvantages such as low density and high storage capacity ．Research advances of carbonaceous materials for hydrogenstorage are reviewed ，and hydrogen storage mechanism of carbonaceous materials is introduced ．Moreover，based onrecent research highlights ，influence factors on hydrogen storage capacity of carbonaceous materials are discusseck E ventually future development of the carbon materials for hydrogen storage is prospected Key wolds ：Carbonaceous materials ,Hydrogen Storage , Hydrogen Storage Materials , Progress 、八、， 前言 能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。随着社会经济的发展，全球能源供应的日趋紧缺，环境污染的日益加剧，已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。面对化石燃料能源枯竭的严重挑战，近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。氢能作为一种可储可输的洁净的可再生能源，从长远上看，它的发展可能对能源结构产生重大改变。洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展，己引起工业界的热切关注。 氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。但是，由于氢在常温常压下为气态，密度很小，仅为空气的1／14，故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。
车载储氢系统标准统计
车载储氢系统标准统计文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
车载储氢系统标准统计 时间：2014-08-27 08:45:08来源： 随着各国对燃料电池汽车产业的不断投入，燃料电池汽车技术逐渐成熟，全球各大汽车集团均有燃料电池汽车商业化的计划。各国及各区域燃料电池汽车相关标准也在不断制定和完善中。目前的燃料电池汽车新标准制定主要集中于燃料电池系统及车载储氢系统两大方面。其中车载储氢系统的标准主要侧重于储氢系统的测试及加注方面。 世界各国对于车载储氢系统标准制定的进展情况各不相同，主要的标准体系包括欧盟标准、美国标准及日本标准。我国燃料电池汽车车载储氢系统标准在北京奥运会及上海世博会燃料电池示范运行的基础上同时借鉴国外标准，已有了初步的发展。目前的车载储氢系统的主要标准统计如下： 表1 国内车载储氢系统相关标准 序 号 标准号标准名称备注1 GB/T24548- 2009 燃料电池汽车整车术语 2 GB/T24549- 2009 燃料电池汽车安全要求 3 GB/T29123- 2012示范运行氢燃料电池电动汽车技 术规范 4 GB/T26990- 2011燃料电池电动汽车车载氢系统技 术要求 5 GB/T29126- 2012燃料电池电动汽车车载氢系统试 验方法
中各部件的性能要求及测试方法给出规定。JIGA标准针对车载储氢瓶的设计、制造/批试验及型式试验给出了明确规定。联合国即将发布的燃料电池车辆全球技术法规（GTR）将大部分采用日本的标准，因此日本的燃料电池汽车生产商将在新能参数方面不必做过多的调整，这也体现了目前日本在燃料电池汽车技术方面的领先地位。未来中国燃料电池汽车事业的发展仍任重而道远。
我国储氢技术发展
促进我国储氢技术发展的必要 氢气是一种易燃、易爆、易泄漏的危险化学介质。日益加重的能源危机和环境污染问题迫切要求人们开发新能源。氢能以其燃烧产物洁净、燃烧效率高、可再生等优点被认为是新世纪的重要二次能源。随着氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化，氢源技术及氢能基础设施的研究和建设已引起发达国家的高度关注 发展氢燃料电池汽车的确需要高效储氢技术,因为这是方便使用氢能源的必须. 传统储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热。近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金（金属氢化物）来储存氢气。 研究证明，在一定的温度和压力条件下，一些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。其储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。储氢合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，因此是一种极其简便易行的理想储氢方法。目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。 储氢合金还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。储氢合金在吸氢时放热，在放氢时吸热，利用这种放热－吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。此外它还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999％的超纯氢。 储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。目前中国已研制成功了一种氢能汽车，它使用储氢材料90千克，可行驶40千米，时速超过50千米。今后，不但汽车会采用燃料电池，飞机、舰艇、宇宙飞船等运载工具也将使用燃料电池，作为其主要或辅助能源。 现在最常用的储氢手段 高压储氢是最常用和最直接的储氢方式。高压储氢可在常温下使用，通过阀门的调节就可以直接将氢气释放出来［"］，具有储氢罐结构简单、压缩氢气制备的能耗较少、充装速度快等优点，已成为现阶段氢能储运的主要方式 高压储氢缺点 高压氢气储罐不但有可能发生因强度不足（特别是高强钢脆化）引起的物理爆炸，而且有可能发生因氢气泄漏而引发的火灾、爆炸事故，且其风险程度随罐体容积增大、压力升高而加大。因此，如何降低高压储氢的风险程度，是加氢站建设十分关注的一个问题。 高压下运行的高压储氢罐，一旦发生破坏，罐内巨大的能量在瞬间释放，会产生冲击波、容器碎片猛然飞出和易燃、易爆氢气喷漏。冲击波的超压可以将建筑物破坏，也会直接危害在它所波及范围内的人身安全，冲击波后面的高速气流夹杂着碎片往往加重对人员的伤害。具
储氢材料的发展现状、应用与制备综述
储氢材料的发展现状、应用与制备 摘要：能源危机和开发新能源一直是人类发展进程中相互依赖和相互促进的两个重要因素。为了保护环境，开发新能源，可以利用太阳能、地热、风能及海水等。其中，氢能是人类未来的理想能源，它是一种高能量密度、清洁的能源，是最有吸引力的能源形式之一，具有热值高、资源丰富、干净、无毒、无污染等特性。而氢的贮存和运输一直是个技术难题，由于制造液氢的设备费用很高，液化时又要消耗大量的能量，氢气和空气混合还会有爆炸的危险，因此能否利用氢气作为能源的关键是能否解决氢气的贮存和运输技术。本文简要讲述了储氢材料的发展现状、主要应用与制备技术。 关键词：储氢材料、性质、应用、发展、制备 1引言 当前，人类面临着能源危机，作为主要能源的石油、煤炭和天然气由于长期的过量开采已濒临枯竭。为了开发新能源，人们利用太阳能、地热、风能及海水的温差等，试图将它们转化为二次能源。氢由于其优异的特性受到高度重视，首先氢由储量丰富的水做原料，资源不受限制；第二氢燃烧的生成物是水，环境污染极少，不破坏自然循环；第三，氢由于很高的能量密度；此外，氢可以储存、输送，用途十分广泛。本文主要简述了储氢材料的基本性质、发展现状以及制备工艺。 2储氢材料的基本性质 储氢材料是一种能在晶体的空隙中大量贮存氢原子的合金材料，具有可逆吸放氢的性质。大多数金属合金（M）在一定的温度和压力条件下，与氢生成金属 →MHx+ΔH（生成热）。 氢化物（MHx）：M+XH 2 2.1储氢材料应具备的基本条件 作为储存能量的材料，储氢材料应具备以下条件： （1）易活化，氢的吸储量大； （2）用于储氢时，氢化物的生成热小；用于蓄热时生成热要尽量大； （3）在室温附近时，氢化物的离解压为203-304kPa，具有稳定的合适的平衡分解压； （4）氢的吸储或释放速度快，氢吸收和分解过程中的平衡压（滞后）小； 、水分等的耐中毒能力强； （5）对不纯物如氧、氮、CO、CO 2 （6）当氢反复吸储和释放时，微粉化少，性能不会劣化； （7）金属氢化物的有效热导率大，储氢材料价廉； （8）吸收和释放氢的速度快，氢扩散速度大，可逆性好。 2.2影响储氢材料吸储能力的因素
先进能源技术概述
863计划先进能源技术领域 2006年度专题课题申请指南 前言 “十一五”期间，863计划先进能源技术领域以《国家中长期科学和技术发展规划纲要》、《国家“十一五”科学技术发展规划》和《863计划“十一五”发展纲要》为指导，立足当前，着眼未来，大力开发节能和能源清洁高效开发、转化和利用技术，积极发展新能源技术，促进能源多元化。攻克一批能源开发、利用和节能重大关键技术与装备，形成一批新兴能源产业生长点，掌握新能源、氢能和燃料电池等战略高技术，建立起能源科技持续创新平台，为经济、社会可持续发展提供清洁高效能源技术的支撑。 按照以上总体考虑，863计划先进能源技术领域将在项目和专题两个层次进行部署，设置“氢能与燃料电池技术”、“高效节能与分布式供能技术”、“洁净煤技术”和“可再生能源技术”四个专题。氢能与燃料电池技术专题重点是研究开发制氢、储氢和输氢、氢能安全及燃料电池技术，为氢能发展奠定技术基础。高效节能与分布式供能技术专题重点是研究开发工业和建筑等主要耗能领域的节能技术；研究开发分布式供能系统技术，提高能源系统的综合利用效率。洁净煤技术专题重点是开发煤炭的燃烧、加工与转化、污染控制、发电等洁净煤技术，整体提升我国洁净煤技术水平。可再生能源技术专题重点是研究开发风能、太阳能、海洋能和地热等技术，提高可再生能源在能源结构中比重。专题将分年度公开发布专题课题申请指南。以下为本领域2006年度专题课题申请指南。 专题一、氢能与燃料电池技术专题
一、指南说明 本专题根据氢能及燃料电池技术发展趋势，结合我国氢能及燃料电池技术发展现状和已有基础，将安排探索导向类和目标导向类研究课题。本专题主要围绕氢的制备、储存、输运、应用、燃料电池关键技术安排课题，主要研究内容为：制氢技术、储氢技术、输氢技术、燃料电池技术、氢安全技术以及技术规范标准等。通过专题的实施，提高我国在氢能及燃料电池技术领域的创新能力，获取一批自主知识产权的创新性成果，为我国氢能及燃料电池的发展提供技术储备；突破一批关键技术，提高氢能及燃料电池系统的能量转换效率、降低成本，推进氢能及燃料电池技术发展，为我国能源的多元化发展做出贡献。 此次发布的是本专题2006年度课题申请指南，年度经费预算为7500万元。拟支持的课题分两类，一类是探索导向类课题，重点为制氢技术、储氢和输氢技术及燃料电池技术等，课题支持强度为100万元以下，支持年限原则上不超过3年；一类是目标导向类课题，重点为新型储氢技术、加氢站系统技术、质子交换膜燃料电池技术、固体氧化物燃料电池技术等，课题支持强度为500万元以下，支持年限原则上不超过3年。 二、指南内容 （一）探索导向类课题 1．制氢技术 主要研究内容：可再生能源制氢新技术；化石能源制氢（包括副产氢纯化利用）新技术；化学氢化物水解制氢技术；制、储氢一体化技术；其它新型制氢技术等。 本方向2006年拟安排经费1000万元。 2．储氢和输氢技术
纳米储氢材料的研究进展
纳米储氢材料的研究进展* 刘战伟? (桂林电子科技大学信息材料科学与工程系，广西 桂林 541004) 摘 要：储氢材料的纳米化为新型储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文详细介绍了纳米储氢材料性能提高的机理，综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料 的最新研究进展，并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。 关键词：纳米；储氢材料；储氢性能 中图分类号：TB383 文献标识码：A文章编号：1003-7551(2009)01-0033-04 1 引言 当今世界，随着传统能源石油、煤炭日渐枯竭，且石油、煤炭燃烧产物二氧化碳和二氧化硫又分别产生温室效应和酸雨危害，使人类面临能源、资源和环境危机的严峻挑战，寻找新的能源已成为人们的普遍共识。氢作为一种洁净能源，已受到人们的充分重视[1]。近年来，在镍氢二次燃料电池等氢能的应用方面不断取得进展。20世纪60年代末，研究者发现Mg2Ni、LaNi5、FeTi等金属间化合物具有可逆储放氢气的特性，并且储氢密度大，可与液氢和固氢效果相比拟[2,3]。此后随着对于金属氢化物作为能量储存以及能量转换材料进一步深入地研究，到目前为止，已开发的贮氢合金主要有AB、AB5、AB2、A2B和镁基五大类型[4]，储氢合金主要由可与氢形成稳定氢化物的放热型金属A(La、Ti、Zr、Mg、V等)和难与氢形成氢化物但具有氢催化活性的金属B(Ni、Fe、Co、Mn等)按一定比例组成。传统的AB、AB2和A2B型储氢合金储氢量不超过2wt%，这对储氢合金的某些应用领域(如燃料电池)是远远不够的。国际能源协会(IEA)要求储氢量至少为5wt%，并且放氢温度低于423K，循环寿命超过1000次。而传统镁基储氢量高，但有放氢温度高和吸放氢动力学慢的缺点。如何获得容量大，充放氢速度快，放氢温度低的新型储氢材料，成为储氢材料与储氢技术研究和开发中至关重要的内容和亟待解决的问题。 纳米材料是指一类粒度在1～100nm之间的超细材料，是介于单个原子、分子与宏观物体之间的原子集合体，是一种典型的介观体系。由于纳米材料的比表面能高，存在大量的表面缺陷，高度的不饱和悬键，较高的化学反应活性以及自身的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等，从而使其具有常规尺寸材料所不具备光学、磁、电、热等特性，成为继互联网和基因研究之后科学领域的又一研究热点，引发了世界各国科学工作者在相关理论研究及应用开发的广泛兴趣。纳米尺度的贮氢合金呈现出许多新的热力学和动力学特征，其活化性能明显提高[5,6]，具有更高的氢扩散系统[7,8]，并具有优良的吸放氢动力学性能[7,9,10]。储氢材料的纳米化为新兴的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文详细介绍了纳米储氢材料性能提高的机理，综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料的最新研究进展，并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。 2 纳米储氢材料储氢性能提高机理 一般认为，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）量子尺寸效应和宏观量子隧道效应：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）纳米材料的表面效应：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）比表面积和催化特性：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 * 基金项目：广西研究生教育创新计划资助项目（2008105950805M438） ? 通讯作者：liuzhanwei@https://www.360docs.net/doc/5f10598832.html, 收稿日期：2009-01-13 33
氢能产业的发展关键--氢气存储技术
氢能产业的发展关键--氢气存储技术 当前，全球正经历从化石能源向氢能等非化石能源过渡的第三次能源体系重大转换期。作为最为环保的“终极能源”，氢能将在发电、供热和交通方面逐步广泛应用，在我国终端能源体系中的占比将达到10%。氢的储存和运输是氢能产业链中的重要一环，高度依赖技术进步和基础设施建设，是产业发展的难点。未来，发展安全、高效、廉价的储运氢技术是实现氢能商业化应用的关键。 不同的储氢方式，其储氢密度差别很大。氢能的存储方式主要包括低温液态储氢、高压气态储氢、固态储氢和有机液态储氢等，不同的储氢方式具有不同的储氢密度，其中气态储氢方式的储氢密度最小，金属氢化物储氢方式的储氢密度最大，液态储氢将是未来主要的储氢方式。 高压气态储氢技术成熟，但容量偏小。高压气态储氢是目前最常用并且比较成熟的储氢方式，其储存方式是采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器里。目前最常用的高压气态储氢容器是钢瓶，其优点是结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快；缺点是存在泄漏爆炸隐患、安全性能较差及体积比容量低。长管气瓶组及长管拖车也在中国成功制造，已经在一些制氢工厂、用氢的企业、加氢站安装并运行。目前国内已建和在建加氢站，一般都采用该储氢设备。 低温液态储氢成本高。工业氢气的规模化廉价生产和储运是实现氢能实用化利用的基础。液态氢的密度是气态氢的845倍，氢气液化的费用昂贵，耗能较高（4～10千瓦时/千克），约占液氢制取成本的1/3。此外，液态氢的储存容器需要极好的绝热装置来隔热，避免沸腾汽化。如果氢能以液态形式储运，且价格低廉，其替换传统能源将指日可待。当前，液态氢主要作为航天火箭推进器燃料，其储罐和拖车已在我国航天等领域应用。针对人类太空研究计划的需要，液态氢的储存容器趋于大型化。目前已能建造储存量超过1000立方米容积的大型液态氢绝热储槽。 固态储氢密度大，技术尚未成熟。固态储氢方式能有效克服高压气态和低温液态两种储氢方式的不足，且储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全等，特别适合对体积要求较严格的场合，如在燃料电池汽车上的使用，是最具发展潜力的一种储氢方式。固态储氢材料种类非常多，主要可分为物理吸附储氢和化学氢化物储氢。其中化学氢化物储氢中的金属氢化物是未来储氢技术发展方向金属氢化物储氢工艺简单，与压缩气体和低温液化形成鲜明的对比，只要选择一种适合的金属氢化物，就能使氢在室温和不太高的压力下储存于金属氢化物中。用金属氢化物储氢的突出优点在于安全，氢是处于低压下与另一种物质（储氢合金）结合成准化合物态而存在，不需要高压和低温。 金属氢化物储氢具有储氢密度高、纯度高（从氢化物中加热释放出的氢具有极高的纯度，通常可以达到99.999%以上）的特点。但目前真正将金属氢化物储氢用于大规模工业生产的少见，主要有四个方面的原因：一是储氢合金价格昂贵。二是结构复杂，由于储氢过程中有大量热量释放出来，储存器内必须增加换热设备。三是氢化物自身很不稳定，易受有害杂质组分的毒害，多次使用之后，性能明显
车载储氢技术和氢-电安全防护
低成本车载储氢技术及氢电安全技术 近年来，氢作为一种清洁的“能源载体”引起了广泛关注。氢燃料电池汽车以其能量转化率高、燃料经济性好、零排放等优点，已成为最为活跃的研究领域之一。储氢技术是氢能源推广环节中的一项关键技术。然而，由于氢气的特殊性质，氢气的储存成为现今阻碍氢能推广应用的瓶颈问题。为了解决这一难题，各国科学家纷纷研究开发了多种储氢技术。目前使用比较广泛的储氢手段主要有高压储氢，液态储氢，金属氧化物储氢，碳基材料储氢以及化学储氢等。下面将车载燃料电池的几种储氢方式进行简单介绍。 高压储氢 目前，工业上应用最多的储氢方式就是高压储氢。高压储氢所用的储氢容器一般为钢制气瓶，通常商用的贮气瓶可耐受20MPa的氢气压力，从安全角度考虑，一般只贮压15MPa以下，由于氢气密度小，钢瓶自身的重量大，因此这样的方式质量储氢密度一般都低于3％。远远没有达到美国能源部提出的质量分数为6. 5% 的质量储氢密度标准和6. 2 kg/100 L 体积储氢密度标准，对于耐高压材料，科研人员研制出一种碳复合材料，其所制的容器经测试可耐受 60MPa的高压，常规情况下其可装盛45MPa的氢气，与钢瓶相比，储氢能力大幅度提高。美国通用公司首先研发出了用于燃料电池，耐压可达70MPa的双层储氢罐，该储氢罐内层为碳复合材料，外层为抗冲击外壳，可储存3.1kg高压氢气。德国基尔造船厂也研究开发出内置特种合金栅栏的新型储氢罐，其储氢性能要远高于一般容器，这
种储氢罐理论使用寿命可达25年。高压储氢的另一个研究方向是在容器内填装吸附氢气的材料，使氢气在高压时处于“准液态”状态，以此提高储氢密度。高压储氢现在虽然应用较多，但它并不是理想的储氢方式。首先是这种储氢方式需要高压氢气的注入，而升压过程便需要消耗能量，使成本提高。其次，高压储氢对于受压容器的要求高，无法保证在实际应用中各种环境条件下储氢容器的稳定性，存在一定的安全隐患，因而有些国家明令禁止高压储氢类汽车与普通汽车行驶同一路线。 低温液化储氢 低温液化储氢指的是将纯氢气冷却到-253℃，使之液化，而后将其装到低温储罐中。液态氢的密度为70.6kg／m3，其质量密度和体积密度都远高于高压储氢，对于交通工具用氢内燃机和燃料电池而言，应用前景十分诱人。然而，氢气的深冷液化过程十分困难，首先需要将氢气进行压缩，再经热交换器进行冷却，低温高压的氢气最后经节流阀进行进一步冷却，制得液态氢。墨西哥SS．SOLUCIONES 公司开发了一种内部是特殊冷却材料CRM的冷却装置，其主要优势是热焓变化大，该液化储氢装置有望在不久的将来可得到推广。目前，液态储氢技术主要用于火箭、卫星等航天领域。液态储氢技术虽前景诱人，但它的缺点也是显而易见。多级压缩冷却过程使其耗能严重，目前制备1L液氢需耗能l 1-12 KW·h。如此，液态储氢制备成本过高。另外，液态储氢对低温储罐的绝热性能要求苛刻，因此对低温储氢罐的设计制造及材料选择也成本高昂，尚属难题。
金属储氢材料研究进展
Chemical Propellants & Polymeric Materials ２０１０年第８卷第２期 · 15 · 金属储氢材料研究进展 范士锋 （海军驻西安地区军事代表局，陕西西安 ７１００６５） 摘 要：综述了金属储氢原理、目前国内外金属储氢材料的研究现状及应用研究进展，对镁系、稀土系、Ｌａｖｅｓ相系、钛系及金属配位氢化物等几个系列金属储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细介绍，并对未来金属储氢材料在民品和军工方面的应用研究方向和发展趋势进行了展望。 关键词：金属储氢材料；研究进展；发展趋势 中图分类号： ＴＧ１３９．７ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－２１９１（２０１０）０２－００１５－０５ 收稿日期：２００９－０９－０９ 作者简介：范士锋（１９７８－），男，工程师，从事战略导弹总体与固体火箭发动机研究。电子信箱：ｊｉｚｈｅｎｌｉ＠１２６．ｃｏｍ 作为燃料，氢具有最高的质量热值（其热值１．２５×１０６ｋＪ／ｋｇ，为汽油的３倍、焦炭的４．５倍）， 是理想的高能清洁燃料之一［１－２］。目前，尽管高压（低于１７ＭＰａ）气态储氢、低温（低于２０Ｋ）液态储氢等技术手段使得氢在一些常规燃料和航天推进等领域得以应用，但高压气态氢体积热值小以及低温液态氢液化过程耗能高、使用条件苛刻等问题严重限制了氢作为火炸药能量供给组分的应用。利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的固体储氢方式，能有效克服上述储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、使用和运输便利。因此，今后储氢研究的重点将是新型高性能储氢材料的研发，目前研究较为广泛的主要是金属储氢材料［３］。 储氢材料按氢的结合方式可分为化学键合储氢（如储氢合金、配位氢化物、氨基化合物、有机液体碳氢化合物等）和物理吸附储氢（碳纳米管、多孔碳基材料、金属有机框架材料、纳米储氢材料、多孔聚合物等）。从上述储氢材料的性能（燃烧热、材料密度、储氢密度、反应活性）等衡量标准分析，高热值的金属储氢材料（包括金属氢化物或合金储氢材料）是火炸药燃料组分的发展重点。 文中主要针对当前金属储氢材料的研究热点和存在问题，对相关金属储氢材料的国内外研究进展进行较为详细的综述，以期为此类高性能材料在火炸药中的应用提供研究思路。 １ 金属储氢原理及储氢研究现状 传统的氢气存储方式中，气态储氢方式简单 方便，是目前储存压力低于１７ＭＰａ的常用方法，但存在着体积密度小、运输和使用过程中易燃易爆等缺点；液态储氢方法的体积密度（７０ｋｇ／ｍ３）较高，但氢气的液化需要冷却到２０Ｋ的超低温下才能实现，此过程需消耗的能量约占所储存氢能的２５％￣４５％，且液态氢使用条件苛刻，对储罐绝热性能要求高，目前只限于航天领域。金属储氢材料是目前研究较为广泛、成熟的新型高性能大规模储氢材料之一，其储氢密度高、安全性好、适于大规模氢气储运，最重要的特性是能够可逆地吸、放大量氢气。氢一旦与储氢合金接触，即在其表面分解为Ｈ原子，Ｈ原子扩散进入合金内部直至与合金发生反应而生成金属氢化物，氢即以原子态储存在金属结晶点内（四面体与八面体间隙位置）。在一定温度和氢压强条件下，上述吸、放氢反应式如下式所示： 其中，吸氢过程放热，放氢过程吸热，上述吸、放氢反应过程热力学和动力学与温度、氢压力密切相关，特别是放氢压力与反应温度呈指数变化关系［４］。 储氢材料性能的衡量标准主要用以下２个产量表示：体积储氢密度和质量储氢密度。其中，体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量（ｋｇ／ｍ３），质量储氢密度为系统储存氢气的质量与系统质量的比值（质量分数）。考虑储氢材料在火炸药中的应用，系统燃烧热（与储存介质的热值和储氢质量分数的大小密切相关）、系统密度（与储存介质的密度和结构相关）和反应活性（ 与氧化
新型氢能材料的研究与发展状况文献综述
新型氢能材料的研究与发展状况 氢是一种危险，易燃易爆的气体，在使用中必须保证安全，因此，一种安全、高能量密度（包括体积能量密度和重量能量密度）、低成本、使用寿命长的氢储、输技术的应用需求已越来越迫切。氢能材料是伴随着氢能利用在最近三十多年才发展起来的新型功能材料。储氢合金在氢能系统中作为氢的存储与输送的载体是一种重要的候选材料。氢与储氢材料的组合,将是21世纪新能源—氢能的开发与利用的最佳搭档。本文对氢能源的储存材料，研究现状以及未来的发展进行一些研究。 关键词：氢能;储氢材料;储氢性能 随着人类社会的飞速发展和人们环保意识的日益增强，传统能源已经成为社会经济发展和人们生活水平提高的重大障碍。目前各国所采取的提高传统能源利用率、实现废物的循环利用等措施来减缓其消耗速度也仅仅是权宜之计，唯有开发出新型能源替代传统能源才能从根本上解决当前所面临的能源问题。太阳能、核能、氢能等新型能源因而成为当前研究的热点。其中，氢能由于可用作便携能源和车载能源；且与目前应用的汽油相比具有无污染、燃烧值高、自燃温度高等多重的优点，还可以利用现有的供油配套设施；因此成为目前化石燃料最具潜力的替代能源，而储氢材料
正是装载氢能的关键。 一、氢能简介 氢位于元素周期表之首，它的原子序数为1，在常温常压下为气态，在超低温高压下又可成为液态。氢能作为一种清洁的二次能源，具有很多优越性能: (1)所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0. 0899g/L;在-252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为金属氢。 (2)所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体。 (3)氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。 (4)除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142. 351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。 (5)氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。 (6)氢本身无毒，与其它燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。 (7)氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池、或转换成固态氢用作结构材料。 (8)氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求［1］。
储氢材料的研究与发展前景
目录 1.前言 (3) 2.储氢材料 (4) 2.1金属储氢材料 (4) 2.1.1镁基储氢材料 (5) 2.1.2钛基（Fe-Ti）储氢材料 (8) 2.1.3稀土系合金储氢材料 (9) 2.1.4锆系合金储氢材料 (10) 2.1.5金属配位氢化物 (11) 2.2碳质储氢材料 (11) 2.3液态有机储氢材料 (12) 3.储氢方式 (14) 3.1气态储存 (14) 3.2液化储存 (14) 3.3固态储存 (15) 4.氢能前景 (15) 参考文献 (17)
储氢材料的研究与发展前景 摘要：氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源, 正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一, 也是氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料, 如镁基储氢材料钛碳基储氢材料、稀土储氢材料、碳质储氢等材料的研究进展、发展前景和方向。 关键字：储氢材料，储氢性能，储氢方式，发展前景 1.前言 当今世界, 化石燃料储量正在迅速减少, 现存储量不能满足日益增长的需求。目前世界能源的80%来源于化石燃料, 但化石燃料的使用产生了大量有害物质, 对环境造成巨大影响。因此, 加速能源系统向可再生能源转换以适应当前和未来世界能源需求, 是迫切需要解决问题。 氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。 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(hydrogeneconomy)时代。氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散，这给储存和运输带来很大困难。当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。储氢和输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。当氢作为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时,应符合车载状况的要求。对于车用氢气存储系统,国际能源署(IEA)