【技术】车载储氢技术的现状及展望2014-04-23能源情报文/黄明宇冯小保等经济的高速发展带来的环境问题日益显现，温室气体的排放使得气温逐年升高，工业废弃物的排放严重污染了水体和土壤。另外根据预测，目前地球上的石油和天然气储量不足人类使用百年，寻找一种环境友好型并且储量丰富的新型能源成为人类发展过程中必须予以解决的问题。氢元素是宇宙形成之初形成的第1种元素，约占整个宇宙质量的75%，同样也是目前地球上储量最多的元素，其具有广泛的来源，又因其在使用过程中没有污染排放，高比能量，因此氢能源成为解决未来人类能源危机的终极方案，同时也是人类解决目前面临的环境问题的一条很有希望的途径。在未来的能源结构中，以氢能为代表的一批新能源将占据越来越重要的地位。近年来，燃料电池技术和燃料电池汽车正受到越来越多的重视，世界各主要经济体都投入了大量的财力、物力和人力，也取得了不少成果，美国、韩国、日本、欧盟和中国等都有各自的燃料电池车推出，其使用的是氢燃料电池提供动力，使用氢气作为燃料，排放物只有水，使用过程中环保无污染，是未来交通领域的环保主力。虽然氢是储量最丰富的元素之一，但是地球上却没有以单质形式存在的可以作为燃料使用的天然的氢，大部分氢元素存在于水、石油、天然气等化合物中，因此必须先人工制取氢气。目前，氢气的制取技术主要有水电解、氨分解、石油热裂、水煤气、天然气、生物制氢、太阳能制氢和核能制氢等，但是，在氢气的上述来源中，石油热裂制氢、水煤气制氢和天然气制氢使用的仍然是化石资源，虽然最终产生的氢气是无污染的，但其生产过程中还是要产生环境污染问题。此外，科学家还研制出了可模拟光合作用的“人造树叶”，可以在光照条件下将水分解为氢气和氧气，从而将太阳能转化为氢能。氢作为新能源，有着无可比拟的优势：①储量丰富，来源广泛，且可循环；②制取方法多，简单可行；③清洁无污染［4］，其应用领域正在不断开拓，其中应用较多的是氢能发电，而在氢能发电领域，仍然要数氢燃料电池和氢燃料电池汽车的研究较多。1储氢技术的发展现状从氢气的制取到具体的应用，氢气的存储和运输是必不可少的一环。若氢气只做工业应用或者做像天然气那样的民用，则通过管道运输即可，但是像近年发展起来的燃料电池汽车，研制合适的储氢材料或者储氢工艺以用于车载储氢装置是必须面对的问题。专家预言，储氢技术一旦取得突破，将不仅改变目前的能源结构，还将带动一批新材料产业的崛起。2006年11月13日，氢能界的主要科学家向八国集团提交了有关氢能的《百年备忘录》，指出解决21世纪初人类正面临气候变化和传统石化能源日益紧张的两大危机的解决方案中，氢能是最优方案，但必须攻克储氢这一难题。1.1高压气态储氢技术高压气态储氢是指在氢气临界温度以上通过高压压缩的方式存储气态氢，是一种目前应用广泛的储氢方式，通常采用气罐作为容器，简便易行，其优点是存储能耗低、成本低（压力不太高时），充放气速度快，在常温下就可进行放氢，而且可以根据需要调节放气速度或者结束放气，其缺点是存储的体积和质量密度低。图1为高压储氢罐，其内部压力最大为13.5MPa。由于氢的密度非常小，且目前容器材料主要是钢，储罐质量相对较大，故其储氢效率很低，加压到30MPa时，质量储氢密度仍不到3%，而且运输和使用过程中存在易爆的隐患，在氢燃料电池车上的应用还存在问题。由于相对于其他气体体积，氢气分子的体积很小，且由分子动理论可知，在相同的温度下，其分子运动速度比其他分子快得多，会从储氢罐分子间的间隙中逸出。因此，即使气罐密闭性做得很好，其内部气压也会因为氢气的逸出而逐渐降低。因此对于传统的高压气态储氢来说，未来需要解决的问题主要有2个：第一，要提高质量储氢密度。这就必须提高内部气压，同时减小容器自身重量，因此必须寻找更加耐高压的气罐材料；第二，采用致密度高的涂料或者金属镀层，以减少氢气的外逸，从而防止压力损失。目前，已有使用新型轻质的复合材料制成的储氢容器，其外部以浸树脂的高强度碳纤维包裹，而内胆则使用的是轻质铝合金材料。然而，根据德国Linde公司的报告，1kg...