氢能和燃料电池资料

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氢能系统 氢能系统
❖氢能系统
输运
可再生能源制备 化石原料制备
转换
CO2处理
储存
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应用
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氢的特点
❖ 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°C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。
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氢能应用的关键问题
❖廉价的制氢技术。因为氢是一种二次能源， 它的制取不但需要消耗大量的能量，而且 目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉 价的制氢技术是各国科学家共同关心的问 题。
❖安全可靠的贮氢和输氢方法。由于氢易气 化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能 的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关 键。
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氢气是最清洁的燃料
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①氢的原料是丰富的水，氢可由多种一次能量制出故没有 资源的限制
②氢的燃烧生成物是水，不污染环境 ③与长年累月生成的化石燃料不同，氢来自水燃烧后又回
归于水，不影响地球上的物质循环 ④与电力储藏困难相反，氢能储藏很容易 ⑤氢能作为取代石油的液体燃料，可用于汽车燃料，飞机
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金属氢化物贮存
❖ 氢与氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给 金属氢化物时，它就分解为氢化金属并放出氢气。反之氢 和氢化金 属构成氢化物时，氢就以固态结合的形式储于 其中。
❖ 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。
❖ 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。据推算，如把海 水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有 化石燃料放出的热量还大90O0倍。
燃料等 ⑥氢能可由燃料电池直接用来发电 ⑦氢与储氢材料之间的可逆反应具有能量转换功能。故可
广泛用于电池等 ⑧氢可广泛用作化工等的原料
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科学家认为，氢能在二十一世纪能 源舞台上将成为一种举足轻重的能源
燃料电池系统是氢能利用的最佳方 案和新技术平台，是火力发电、水力 发电、原子能发电之后的第四大发电 方式。
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氢的制取
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氢的储存
❖高压气态贮存 ❖低温液氢贮存 ❖金属氢化物贮存
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高压气态贮存
❖ 气态氢可贮存在地下库里，也可装人钢瓶中。 ❖ 为减小贮存体积，必须先将氢气压缩，为此需消
耗较多的压缩功。 ❖ 一般一个充气压力为20MPa的高压钢瓶贮氢重量
❖ 当前在设法降低现有常规能源（如煤、石油等）造 成污染环境的同时，清洁能源的开发与应用是大势 所趋。
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氢能是取之不尽用之不竭的洁净能源
❖ 氢作为化学能的载能体，和大气中的氧燃烧或反应后， 只生成水
❖ 氢是一种清洁的能量载体；氢能和电能一样，没有直 接的资源蕴藏，都需要从别的一次能源转化得到，所 以，氢能是一种二次能源
第七讲 氢能和燃料电池
❖氢的特点 ❖氢能应用的关键问题 ❖氢的制取 ❖氢的储存和运输
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发展氢能的原因
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❖ 煤炭石油等矿物燃料的广泛使用，已对全球环境造 成严重污染，甚至对人类自身的生存造成威胁。
❖ 矿物燃料的存量，是一个有限量，也会随着过度开 采而枯竭。
❖ 液氢贮存工艺首先用于宇航中，其贮存成本较贵，安全技 术也比较复杂。高度绝热的贮氢容器是目前研究的重点。 现在一种间壁间充满中孔微珠的绝热容器已经问世。这种 二氧化硅的微珠直径约为30～150μm，中间是空心的， 壁厚l～ 5μm。在部分微珠上镀上厚度为1μm的铝。由于 这种微珠导热系数极小，其颗粒又非常细可完全抑制颗粒 间的对流换热；将部分镀铝微珠（一般约为3％～5％）混 入不镀铝的微珠中可有效地切断辐射传热。这种新型的热 绝缘容器不需抽真空，其绝热效果远优于普通高真空的绝 热容器，是一种理想的液氢贮存罐，美国宇航局已广泛采 用这种新型的贮氢容器。
只占1.6％；供太空用的钛瓶储氢重量也仅为5％。 为提高贮氢量，目前正在研究一种微孔结构的储 氢装置，它是一微型球床。微型球系薄壁（1～ 1Oμm），充满微孔（10～100μm），氢气贮 存在微孔中。微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或金 属制造。
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低温液氢贮存
❖ 将氢气冷却到-253℃，即可呈液态，然后，将其贮存在 高 真空的绝热容器中。
❖大规模高效利用氢能的末端技术
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氢的制取
❖ 传统的制氢技术 ▪ 烃类水蒸气重整制氢法、 ▪ 重油（或渣油）部分氧化重整制氢法 ▪ 电解水法。
❖ 新制备方法 ▪ 生物制氢 ▪ 利用工农业副产品制氢的技术也在发展。 ▪ 热化学循环制氢 ▪ 太阳能 ▪ 地热能 ▪ 核能等
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❖ 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。
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氢的特点
❖ 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。
❖ 氢本身无毒，与其他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巨，而且燃烧生 成的水还可继续制氢，反复循环使用。
❖ 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内燃机稍加改装即可 使用。
❖ 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。