氢能的研究进展.doc

新能源材料与技术 ——氢能的研究进展 学院：材料与化学化工学院 专业：材料加工工程 姓名：蒋涛 学号：2012020454 氢能的研究进展 摘要：随着可再生能源和生物制氢在氢源的开发、制氢源的开发和制氢技术中的不断拓展，高密度固体储氢材料的进一步研发，以及受燃料电池研究的驱动，氢能系统已经成为洁净能源研究的热点。综述了氢能系统中氢源的开发和制氢、储氢、输氢以及氢能利用5个技术领域的必威体育精装版研究进展，旨在明确这些技术领域研究中的关键问题及主要研究方向。 关键词：氢能 制氢 储氢 输氢 燃料电池 化石燃料引发的温室效应和环境污染日趋严重，迫使清洁能源成为全世界开发和利用的研究热点，其中具有代表性的有风能、潮汐能、太阳能、地热能等可再生能源。然而这些可再生能源发电系统由于运行的间歇性和地处偏远地区， 使洁净、安全、高效方便的能源载体成为这些清洁能源利用的关键技术。电作为迄今为止最方便的洁净能源载体被广泛应用于全世界各个地区，尽管有时发电用的化石燃料如煤、石油和天然气并不是洁净能源。氢是另一种洁净能源载体，氢在燃烧或催化氧化后的产物为液态水或水蒸气，氢作为能源载体，相对于其它载体如汽油、乙烷和甲醇来讲，具有来源丰富、质量轻、能量密度高、绿色环保、储存方式与利用形式多样等特点，因此氢作为电能这一洁净能源载体最有效的补充，可以满足几乎所有能源的需要，从而形成一个解决能源问题的永久性系统。 与氢能有关技术的开发和利用已经在世界各地如火如荼地进行着。美国能源部启动了国家氢能发展前景和指南项目，来自全美与氢能有关的企业、大学研究机构、环境保护组织以及政府代表参与会议并签署了未来工作指南；，5， 储氢量约为1.5%)、AB2 型 (结构为Laves相，A为Ti 或Zr， B为原子具有3d电子的金属如V、Cr、Mn和Fe，储氢量约为2%)合金体系到现在新型的Ti 基固溶体合金体系(结构为体心立方BCC，如TiVCrMn合金，储氢量约为2.5%~4%，)2，LiH系统在120~200，内可逆吸放氢的量高达7%。然而，这些固体储氢材料系统或多或少地存在问题，难以实际应用，如氨基化物系统在释放氢的同时会伴有氨气，后者会危害燃料电池的寿命，同时也会降低该系统的储氢量；而其它系统存在吸放氢动力学较慢、可逆性较差或者吸放氢条件较为苛刻等其它问题。尽管如此，相对于高压气态储氢、低温液态储氢以及金属间化合物固体储氢材料来讲，这些储氢量大的轻质储氢材料是今后研发的重点。当然，还有其它新型固体储氢材料，如单壁碳纳米管、多孔纳米金属无机网络材料(MOFs) 、可形成氢簇的过氢化物等也具有很大的发展前途。 2. 3氢的输运技术 氢的输运根据需求可采取气态、液态和固态的方式。氢在长距离输运时可采用地下管道以输运天然气一样的方式输送。目前已有200km的输氢管道实际应用实例，将来也可对天然气输运管道做较小的改动就能用来输运氢，这样可以降低输运成本，但输运管道材料的氢脆和泄露问题值得特别注意。从经济角度考虑，有研究表明超过1000km的管道输氢要比输电更节省成本。当然，短距离区域间的输运方式可采用高压气罐、液罐以及固态储氢罐，但成本会非常高，可达产氢成本的2~5倍。 2. 4 氢能的利用技术 氢能转化为其它形式的能量，即氢能的利用技术已经应用于实际，如电动汽车、燃料电池发电等，并且还在不断地取得技术进步和扩大应用范围。氢能的利用技术大致可分为3类：一为与氧直接反应燃烧产生热能；二为在燃料电池中发电；三为氢化物中的化学能与氢能相互转换。在这些利用技术中充分体现了氢能的两个优点，高效和洁净。 第一类氢能利用技术与氧直接反应燃烧又可分为以下3种。直接燃烧产生水蒸气，其效率接近100%，可用于电厂用电高峰期间发电、工业水蒸气供给、小型生物和医药用水蒸气发生器。内燃机和涡轮发动机燃料。氢内燃机比汽油内燃机的平均效率要高出约20%，并且其排放的氮氧化物要低1个数量级。尽管由于其在内燃机缸内混合气体中的能量密度较低，导致约15%的能量损失，但可以通过采用先进的燃料喷射技术和液氢加以改进。氢涡轮发动机的进口温度比燃油涡轮发动机高出800，提高了效率，并且由于燃烧后的产物为水蒸气，避免了发动机叶片上的沉积物，减轻了高温腐蚀，减少了维护费用和延长了发动机的寿命。低温催化氧化。在合适的催化剂上，氢可与氧在室温至500范围内催化氧化为水蒸气产生热能，由于催化氧化的温度远低于氢火焰的温度( 约为3000) ，不会产生氮氧化物污染物， 并且氢源的浓度远高于氢爆炸的极限浓度( 75%) ，因此这种方式用于家庭厨房灶具燃料较安全。 第二类氢能利用技术。在燃料电池中发电是氢能利用技术中最具吸引力和最有前途的技术，即无需燃烧，依靠电