儲氫技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：能源阿陽 創(chuàng)建時間：2023-01-11
儲氫技術(shù)的實例教程
不過，他也向OFweek氫能網(wǎng)編輯坦言：“有機液體儲氫方式跟所選擇的儲氫載體和催化劑有關(guān)，而目前日本選用的載體不是很好，氫很容易加上去，而氫脫出來就非常困難。德國的有機液體儲氫技術(shù)也遇到日本類似的問題。”當(dāng)然，歐洲跟日本都在不斷探索和發(fā)展。
程寒松認(rèn)為，目前來說，有機液體儲氫技術(shù)要進行大規(guī)模推廣發(fā)展其實并沒有特別大的技術(shù)障礙，最大的阻礙可能就是人們對它的認(rèn)識不足。雖然目前大都采用的是高壓儲氫，豐田也是高壓儲氫，但是從技術(shù)上來看，應(yīng)用有機液體儲氫技術(shù)應(yīng)該沒有主要的技術(shù)障礙。
在談到氫能行業(yè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)之時，程寒松說道，“目前高壓氫國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了，但是有機液體儲氫標(biāo)準(zhǔn)還沒有。我們的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)做了一些團體標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在正與中汽研、國家標(biāo)委會在探討合作，來做有機液體儲氫的標(biāo)準(zhǔn)，這有利于有機液體儲氫技術(shù)的應(yīng)用推廣。”
技術(shù)領(lǐng)先 氫陽能源走在時代前列
目前，氫陽能源在有機液體儲氫技術(shù)方面已經(jīng)走在了行業(yè)前列。那么，氫陽能源在有機液體儲氫技術(shù)方面具備哪些優(yōu)勢，發(fā)展如何呢？
程寒松向OFweek氫能網(wǎng)編輯表示，目前氫陽能源是國內(nèi)唯一一家做有機液體儲氫的公司。雖然利用有機產(chǎn)品如甲醇產(chǎn)氫的公司也有，但這種儲氫是不可逆的儲氫技術(shù)，而氫陽能源是可逆的儲氫技術(shù)。也就是說，氫陽能源所使用的載體并不被消耗，儲進去放出來，它還能再用，可以反復(fù)使用。
據(jù)他介紹，目前氫陽能源公司的這項技術(shù)，在世界范圍內(nèi)都是最領(lǐng)先的。德國近年來也在開發(fā)有機儲氫技術(shù)，而且今年獲得了“總統(tǒng)科技創(chuàng)新獎”的提名。但是，德國的技術(shù)脫氫溫度要達到300多度，脫氫速度也比較慢，而且還需要用鉑來做催化劑。而氫陽能源脫氫溫度只需要200度，速度也比他們快20－30倍。在脫氫設(shè)備方面，同樣優(yōu)勢也很明顯。
國內(nèi)氫能和燃料電池市場元年開啟？
談到“2018年是否是國內(nèi)氫能和燃料電池元年？”
展開 (2022年不做參考)
1.3.2 技術(shù)壟斷區(qū)塊分析
領(lǐng)域地圖中大格子代表一類技術(shù)的研究總數(shù)，較小的灰色格子代表一定數(shù)量的技術(shù)研發(fā)量。不同顏色的格子代表不同公司，每個格子代表相同數(shù)量的專利。提取儲氫領(lǐng)域內(nèi)最新的5000條專利，將每家公司的專利覆蓋在不同領(lǐng)域內(nèi)，了解其技術(shù)概念，以便于區(qū)分不同公司的技術(shù)焦點。
如圖5所示，每個大格子內(nèi)均未被占滿，說明各技術(shù)均存在很大的發(fā)展空間，不存在壟斷現(xiàn)象。進一步聚焦技術(shù)研發(fā)方向，浙江大學(xué)在復(fù)合材料、儲氫容器、高壓氣瓶等方向均有非常廣泛的技術(shù)布局，江蘇國富氫能技術(shù)裝備股份有限公司在高壓氣態(tài)儲氫領(lǐng)域的技術(shù)布局范圍也較廣，且應(yīng)用效果良好。
圖5 技術(shù)壟斷區(qū)塊圖
2 專利持有者分析
對高壓氣態(tài)儲氫領(lǐng)域內(nèi)主要申請人專利總量的整體對比，如圖6所示。排名前10的技術(shù)持有者及其所在公司超過半數(shù)為中國企業(yè)，說明中國的技術(shù)研發(fā)投入較大。其中，浙江大學(xué)的技術(shù)研發(fā)總量遠超其他企業(yè)，其重點研究方向聚焦在高壓氣態(tài)儲氫容器的材料分析及優(yōu)化測試等，亞普汽車部件股份有限公司在高壓密封結(jié)構(gòu)及車用儲氫瓶等方向布局廣泛，江蘇國富氫能技術(shù)裝備股份有限公司于2020年前后異軍突起，在各類瓶閥和其檢測裝置、塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞工藝等方向也具有較為突出的技術(shù)研發(fā)實力。
展開 廣東省燃料電池技術(shù)重點實驗室；3. 廣東省先進絕緣涂料工程技術(shù)研究中心
引用： 陳思遠,王燕鴻,郎雪梅等.動力學(xué)強化水合儲氫技術(shù)研究進展[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2022,11(12):3787-3799.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0358
摘 要 在碳達峰、碳中和的時代背景下，氫能等清潔綠色能源成為能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，儲氫技術(shù)作為氫能從生產(chǎn)到應(yīng)用的中間橋梁而備受關(guān)注。籠型水合物是一種潛在的氫氣存儲材料，但儲氫速率慢、儲氫量低制約了水合儲氫技術(shù)的工業(yè)化進程。因此，本文綜述了近年來動力學(xué)強化水合儲氫技術(shù)的研究進展，著重介紹了氫氣水合物成核、生長動力學(xué)機理、提高驅(qū)動力、擴大氣液接觸面積以及改善擴散通道等動力學(xué)強化技術(shù)，并從儲氫速率、儲氫密度等方面總結(jié)了當(dāng)前的動力學(xué)強化技術(shù)，以期促進相關(guān)研究的發(fā)展。本文指出未來相關(guān)工作應(yīng)在以下幾個方面展開：首先，深化氫氣水合物的成核、生長和穩(wěn)定機制研究；其次，尋求高效高驅(qū)動力的熱力學(xué)促進劑，從根本上提高驅(qū)動力；最后，高效熱力學(xué)促進劑與改善氫氣水合物的擴散通道相結(jié)合，實現(xiàn)高儲量和高速率的雙重優(yōu)化。
關(guān)鍵詞
儲氫；籠型水合物；動力學(xué)強化；儲氫速率；儲氫密度
在資源環(huán)境問題突出和“碳達峰、碳中和”的時代背景下，尋求發(fā)展高效、清潔可持續(xù)的能源成為我國能源發(fā)展領(lǐng)域的重要議題。
展開 而氫燃料電池汽車的關(guān)鍵部件之一便是高壓儲氫氣瓶，它的技術(shù)水平直接影響著汽車的續(xù)航能力。
1.2 庭田科技與某新媒體平臺的合作
庭田科技作為Cadfil在中國的總代理，始終致力于為國內(nèi)企業(yè)提供最先進的氫能相關(guān)技術(shù)。近期，庭田科技與某新媒體平臺達成合作，共同推廣和普及基于Cadfil軟件的儲氫高壓復(fù)合材料氣瓶纖維纏繞技術(shù)。為了讓更多行業(yè)內(nèi)人士了解并掌握這一技術(shù)，庭田科技將與某新媒體臺共同舉辦線上公開課。
1.3 課程內(nèi)容介紹
庭田科技邀請到了Cadfil軟件專家（高級攻城獅）為大家講解這一技術(shù)。在這次公開課中，Cadfil軟件專家將為大家詳細介紹IV型高壓儲氫氣瓶的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，以及如何利用Cadfil軟件進行氣瓶纖維纏繞仿真。課程內(nèi)容將涵蓋以下幾個方面：
1）IV型高壓儲氫氣瓶的結(jié)構(gòu)與特點
2）纖維纏繞技術(shù)在儲氫氣瓶上的應(yīng)用
3）Cadfil纖維纏繞軟件的功能及應(yīng)用領(lǐng)域
4）基于Cadfil軟件的氣瓶纖維纏繞仿真實例演示
圖一 典型IV型高壓儲氣瓶結(jié)構(gòu)示意圖
1.4 課程收益與合作展望
參與這次線上公開課的企業(yè)和個人將在Cadfil軟件專家的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)到實用的纖維纏繞技術(shù)和Cadfil軟件操作技巧，深入了解纖維纏繞技術(shù)在高壓儲氫氣瓶制造中的關(guān)鍵作用，以及如何利用Cadfil軟件進行高效、精確的纏繞仿真，更好地掌握IV型高壓儲氫氣瓶的設(shè)計與制造技巧，這將有助于提高企業(yè)在氫能產(chǎn)業(yè)的競爭力，為氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強大技術(shù)支持。
展開 圖6 水合物儲氫的三代技術(shù)對比
4 物理吸附儲氫的技術(shù)特點分析
固態(tài)儲氫技術(shù)較為多元化，是因為固態(tài)儲氫體系種類繁多，作用機制也各不相同。吸附儲氫是固態(tài)儲氫技術(shù)中較為重要的分支，其作用機制主要是依靠較大的比表面積和孔道，使氫氣分子吸附在材料表面及孔道中，達到儲氫的目的。由于氫的分子鍵與材料的結(jié)合力較弱，因此需要通過提高儲氫材料比表面積、材料表面基團修飾等來提升氫與材料的結(jié)合能力。其中碳基儲氫材料的比表面積大、孔類豐富，在低溫下具有很好的可逆儲氫性能，但常溫下無法達到良好效果，對于操作條件、儲氫設(shè)備等存在一定的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要進一步研究和開發(fā)。有機骨架結(jié)構(gòu)的儲氫材料，晶體結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大，但通常存在有機溶劑滯留孔隙影響金屬吸附氫氣的性能，在可逆儲氫上容易造成性能不穩(wěn)定，需要通過元素調(diào)整來提高儲氫性能，同時，有機骨架結(jié)構(gòu)在可逆吸附氫時容易出現(xiàn)骨架坍塌、材料粉化等問題，需要研究人員進一步優(yōu)化材料晶體結(jié)構(gòu)。水合物儲氫技術(shù)目前仍處于實驗室研究階段，尚不具備規(guī)模化應(yīng)用的基礎(chǔ)，而且它的儲氫密度低、壓力大，促晶措施等仍需要進一步研發(fā)。
在現(xiàn)有儲氫技術(shù)中，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)是目前已實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的最成熟的技術(shù)，但缺點是質(zhì)量儲氫密度低，安全風(fēng)險大；低溫液態(tài)儲氫技術(shù)體積儲氫密度高，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，但技術(shù)難點是其保溫過程所消耗的能量約占液氫質(zhì)量能量的30%，對保溫設(shè)備要求較高；有機液體儲氫技術(shù)質(zhì)量儲氫密度高，但缺點是氫氣純度低，催化劑選擇和反應(yīng)裝置操作條件等技術(shù)要求高。而相比于金屬氫化物、稀土合金等化學(xué)吸附的儲氫材料，物理吸附儲氫材料成本會相對要低。
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儲氫技術(shù)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
儲氫技術(shù)的最新內(nèi)容
各儲氫技術(shù)特點見表1。
總體上來看，雖然物理吸附儲氫技術(shù)在儲氫量和應(yīng)用條件上不具有優(yōu)勢，但依托于其高安全性能，研究人員通常將物理吸附儲氫材料與化學(xué)吸附儲氫技術(shù)、高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)等其他儲氫技術(shù)相結(jié)合，形成多元復(fù)合體系，通過協(xié)同效應(yīng)提升儲氫體系的整體性能。
在常溫常壓下，氫氣的密度只有空氣的 1/14， 即在 0 ℃時，一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氫氣的密度為 0.0899 g/L，所以對儲氫技術(shù)具有高安全性、大容量、低成本以及取用方便的要求。儲運氫技術(shù)主要包括氣態(tài)存儲、低溫液態(tài)存儲、固態(tài)存儲、有機液態(tài)存儲。
目前，庭田科技已在以下幾個方面取得顯著成果：
1）高壓儲氫氣瓶制造技術(shù)的研發(fā)與推廣：庭田科技依托Cadfil軟件，成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓儲氫氣瓶制造技術(shù)，并與多家國內(nèi)外企業(yè)合作，將該技術(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，提高氫燃料電池汽車的續(xù)航能力。
與動態(tài)儲氫技術(shù)相比，靜態(tài)儲氫技術(shù)平均儲氫速率有所降低，合成時間從約450 min增加到600 min以上，儲氫量卻提高了數(shù)倍，但是靜態(tài)儲氫技術(shù)的低溫環(huán)境以及不可循環(huán)性能一定程度上制約了其應(yīng)用，因此仍需尋求更好的解決方案。
高壓儲氫技術(shù)存在體積質(zhì)量大、加氫慢、成本高等問題，難以適用于大容量儲氫系統(tǒng)的需求。液氫技術(shù)儲氫密度高，加注方便，國外已應(yīng)用于氫氣大規(guī)模輸運與站上儲氫，被認(rèn)為是大容量車載儲氫的重要技術(shù)方向。國內(nèi)液氫主要應(yīng)用于航天領(lǐng)域，在本文工作前尚未在車載領(lǐng)域得到應(yīng)用探索。
在長距離輸運情況下， 液氫技術(shù)路線的綜合成本低于高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)路線， 液氫技術(shù)路線投資大和能耗高的問題，可通過設(shè)備自主化、產(chǎn)能規(guī)模化，以及液氫運輸成本對距離的不敏感性，并結(jié)合新能源電氫體系予以解決。
隨著我國“雙碳”目標(biāo)的提出，清潔能源產(chǎn)業(yè)開始迅速推進，作為“零碳”能源——氫能的重要高效載體，液氫將會成為保證氫能規(guī)模化應(yīng)用的有效實施途徑。
2、圍繞新能源重點領(lǐng)域：氫能源方面，以重大需求為牽引，系統(tǒng)布局氫能的綠色制取、安全致密儲輸和高效利用技術(shù)，優(yōu)先突破氫燃料電池應(yīng)用技術(shù)、基于儲氫材料的高密度儲氫技術(shù)，重點發(fā)展太陽能光催化、光電催化和熱分解水制氫技術(shù)；新能源汽車方面，重點突破氫燃料電池汽車技術(shù)。
3、高端功能與智能材料。重點發(fā)展氫能及燃料電池關(guān)鍵材料與技術(shù)、制膜原材料的國產(chǎn)化和膜組器技術(shù)。
圖 2 主要國家在氫燃料電池方面的研發(fā)重心分布
圖 3 氫燃料電池代表性企業(yè)的研發(fā)重心布局
在儲氫方面，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)在國內(nèi)外獲得普遍使用，低溫液態(tài)儲氫在國外有較大發(fā)展，而國內(nèi)暫限于民用航空領(lǐng)域的小范圍使用。
液氨、甲醇、氫化物、液體有機氫載體（LOHC）儲氫在國外已有成熟產(chǎn)品和項目應(yīng)用，而國內(nèi)仍處于小規(guī)模實驗階段。
“車載儲氫技術(shù)在目前相對成熟的高壓氣態(tài)儲氫模式下，已比較安全，同時技術(shù)還在不斷進步，安全性將進一步提高，讓大家放心使用。部分民眾的‘談氫色變’需要通過科普的方式來提升信任感和接受度。國內(nèi)已有數(shù)千輛氫燃料公交物流車輛在安全運營當(dāng)中，未來將有更多這類公交車等市政用車出現(xiàn)在普通民眾身邊，屆時大家對于氫氣的安全將有更加直觀的感受和理解。”
