太阳能金属热化学循环制氢现状.pdfVIP

第6O卷 第 4期 有 色 金 属 Vol_60，No．4 2008年 11月 NonferrousMetals November2008 太阳能金属热化学循环制氢现状 冯林永 ，杨显万 ，蒋训雄2，汪胜 东2 (1．昆明理工大学 材料与冶金工程学院，昆明 650093； 2．北京矿冶研究总院，北京 100044) 摘 要 ：介绍太阳能电解水制氢、直接分解水制氢、金属热化学循环制氢气的优缺点，说明两步热循环制氢具有优 良的发展 前景 。重点介绍了Fe，Mg，A1，Zn等金属在两步热化学循环制氢中的反应温度 、动力学 、能量利用率及副产 品等指标 ，指 出ZnO／Zn 最适合热化学循环制氢 ，并介绍ZnO／Zn两步热循环制氢的必威体育精装版设备。展望热化学循环制氢未来发展方向。 关键词 ：化学工程；氢气制备；热化学循环；太阳能 中图分类号：TQl16．2；TK519；TK91 文献标识码 ：A 文章编号：i001—0211(2008)04—0109—06 氢的热值 (142000l(J／kg)是石油热值 (48000kJ／ 分太阳能以高温的形式供入来降低反应的电量，它 kg)的3倍 ，在石油 中加入 5％的氢 ，可提高效率 能加快反应的动力学 ，降低电池的内电阻，增加总能 2O％。氢燃烧产物主要是水 ，具有无污染、无毒等环 量效率 ，但该法运行温度高 ，给材料的选择带来 了一 保优势，是矿物燃料无法 比拟的。近几年来 ，随着质 定限制 。 目前 ，高温 固体氧化 电解 (SOECS)能将水 子交换膜氢燃料 电池技术获得前所未有 的进展 ，氢 蒸气和 c02的混合气体电解为 CO和 H2。 燃料电池被视为最具潜力 的环保汽车动力源并逐步 1．2 直接分解水制氢 走向商 品化 。然而传统的制氢方法需要消耗 巨大的 太阳能直接分解水过程表示为式(1)。反应 (1) 常规能源，使氢能身价太高，大大限制了氢能的推广 虽然形式简单，但需要很高的温度 (3000K 以上、 应用。利用取之不尽、廉价的太阳能作为氢能形成过 0．1MPa压力时水 的分解率 64％)，也需有效技术分 程中的一次能源 ，可使氢能开发展现出更加广阔的前 离 H2和 O：以避免爆炸。分离氢气 的方法有渗出 景。目前太阳能制氢技术主要有分解水制氢、热化学 分离[一]和电解分离[5一引。Kogan和Diver等人在 循环制氢气、化石燃料脱碳制氢、生物质制氢 。介绍 ZrO2衬底 的半渗透膜上实现 了氢和氧 的分离[。 分解水制氢和热化学循环制氢研究现状。 太阳能直接分解水反应器的材料需耐高温 ，且高温 1 太阳能分解水制氢 时反应器会发生 明显的二次辐射，降低 了对太 阳能 的吸收，这大大限制了其应用 。 1．1 电解水制氢 H2O=H2+1／202 (1) 太阳能电解水制氢第一步是通过太 阳电池将太 阳能转换成电能，第二步是将电能转化成氢能，构成 2 热化学循环制氢气 所谓的太阳能光伏制氢系统。电解制氢可分为常规 2．1 多步热循环 电解、高压电解、高温电解三种_l1J。常规水 电解使 早期 的多步热循环研究温度都 比较低。Set— 用惰性电极，碱性溶液或无机酸来传导 电流进行电 pone和 Funk分别论述