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超級(jí)活性炭在吸附儲(chǔ)氫技術(shù)中嶄露頭角

文章作者：韓研網(wǎng)絡(luò)部更新時(shí)間：2016-3-25 18:06:33

近幾年，氫能汽車(chē)的樣車(chē)在發(fā)達(dá)國(guó)家相繼問(wèn)世。之所以未在市場(chǎng)流通，是因?yàn)閮r(jià)格比市場(chǎng)流行汽車(chē)高出近1倍。但這個(gè)價(jià)格差距并不大，說(shuō)明氫能汽車(chē)流通的日子并不遙遠(yuǎn)。氫能汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)有2個(gè)：儲(chǔ)氫與燃料電池。車(chē)用氫燃料電池技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已臻成熟，我國(guó)的技術(shù)水平距離實(shí)用尚有差距。但氫氣在車(chē)上的儲(chǔ)存技術(shù)，即使是發(fā)達(dá)國(guó)家也還沒(méi)有獲得滿意的解決。合金儲(chǔ)氫技術(shù)，無(wú)論在單位合金重量的儲(chǔ)氫容量方面，還是在吸放氫條件的溫和程度方面，均不適于氫能的規(guī)�；瘍�(chǔ)存與運(yùn)輸。早期的氫能汽車(chē)采用壓縮儲(chǔ)氫辦法，在車(chē)上放置20～25MPa壓力的氫力鋼瓶，占用的空間和自重都是嚴(yán)重問(wèn)題。

近期的氫能汽車(chē)儲(chǔ)存液氫。氫氣液化成本很高，相當(dāng)于消耗了1/3的液化氫氣。液氫溫度約-250℃，蒸發(fā)損失也不小。目前的氫能汽車(chē)，儲(chǔ)氫部分的成本約占總成本的一半。降低儲(chǔ)氫成本，將使氫能汽車(chē)流通時(shí)間大大提前。

　　除氫能汽車(chē)外，廉價(jià)的大規(guī)模氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，將使氫能的廣泛利用立即成為現(xiàn)實(shí)。在煉油、煉焦、氯鹼、化肥等多種工業(yè)部門(mén)副產(chǎn)大量含氫氣體，從中提取純氫的技術(shù)也是成熟的，只是因?yàn)闆](méi)有適宜的大規(guī)模儲(chǔ)存與運(yùn)輸氫氣的技術(shù)，副產(chǎn)的氫氣沒(méi)有被有效利用。我國(guó)每年如此燒掉或放空的氫氣至少在1010標(biāo)立米以上。若在天然氣中摻入15%的氫氣，作為內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)燃料，則可解決天然氣汽車(chē)的功率下降問(wèn)題，并可使城市大氣污染問(wèn)題解決的難度大為降低。由此可見(jiàn)，如能提供方便、廉價(jià)的大規(guī)模儲(chǔ)存與運(yùn)輸氫氣的技術(shù)，則大量地使用氫能將近在明天。

作為規(guī)模化的實(shí)用儲(chǔ)氫技術(shù)，必須具備吸放氫條件溫和、儲(chǔ)氫容量大和成本低3個(gè)基本特征。金屬合金儲(chǔ)氫的機(jī)理是，首先打開(kāi)聯(lián)結(jié)兩氫原子的化學(xué)鍵，然后氫原子與合金晶格中的金屬原子形成氫化物鍵。放氫時(shí)，則需首先打開(kāi)氫化物鍵，釋放出氫原子，然后兩個(gè)氫原子結(jié)合為氫分子。由于涉及到化學(xué)鍵的打開(kāi)與形成，吸放氫條件難以“溫和”。例如，鎂基合金的吸放氫溫度為300℃。與此相比，氫氣在碳基材料上的物理吸附，是基于作用力弱得多的，沒(méi)有聯(lián)結(jié)原子的化學(xué)鍵的打開(kāi)與生成過(guò)程，因此吸放氫條件必須溫和，吸附熱效應(yīng)也相對(duì)較小。

　　作為儲(chǔ)氫容量指標(biāo)，國(guó)際能源機(jī)構(gòu)認(rèn)為必須超過(guò)5wt%。除鎂基合金外，其它儲(chǔ)氫合金皆不能達(dá)到此容量。而碳基材料的儲(chǔ)氫容量卻不難超過(guò)這一指標(biāo)。其中儲(chǔ)氫容量最大的吸附材料是碳納米管，已被證實(shí)的儲(chǔ)氫容量是10wt%］，但是批量生產(chǎn)碳納米管的技術(shù)尚不成熟，其昂貴的價(jià)格使其不具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；可大規(guī)模生產(chǎn)的碳基儲(chǔ)氫材料是超級(jí)活性炭和活性炭纖維。二者的儲(chǔ)氫容量相近，但后者成本約低10倍。因此，在高比表面積的超級(jí)活性炭上吸附儲(chǔ)氫，具有吸放氫條件溫和、儲(chǔ)氫容量較大、成本低的基本素質(zhì)，展現(xiàn)出解決規(guī)模儲(chǔ)氫問(wèn)題的希望。

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