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    如何將固態儲氫技術的加氫速度提高5倍

    發布日期: 2020-01-09
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    氫是一種清潔的汽車燃料,但是儲存氫仍然面臨許多挑戰。Helmholtz-Zentrum Geesthacht材料和海岸研究中心(HZG)的材料研究人員正在開發基于輕金屬氫化物的儲氫系統。他們現在在科學雜志《自然科學報告》上發表了一個新概念,通過這個新概念,這些系統可以在工作溫度低于180攝氏度的情況下,第yi次以五倍的速度完成氫氣加注。

      氫是碳中性交通的完美解決方案,如果這種氣體是由風力等可再生能源產生的。氫在容器中,不會產生一克二氧化碳;只有水蒸氣。氫利用的限制因素之一是缺乏有效的儲存系統。在目前的燃料電池汽車中,氫被注入壓力高達700bar的高壓氣罐中,這是一項昂貴的技術。基于酰胺氫化物的固態儲氫方式是一種很有前途的選擇。

      所謂的鎂氫化物已經被Helmholtz-Zentrum Geesthacht作為潛在的儲氫系統研究了好幾年。與傳統壓力容器相比,它的優點是:每單位體積能儲存更多的氫,因此也就能夠儲存更多的能量。舉個例子:一輛燃料電池汽車可以用5公斤氫氣行駛大約500公里。一個高壓容器需要122升的容積才能裝下5公斤氫,而一個鎂氫容器只需要46升的容積就可以裝下同樣重量的氫。然而,問題是,需要在大約300攝氏度的高溫下完成氫氣的填充。

      為了降低溫度,研究人員使用了鉀等添加劑。Claudio Pistidda是Helmholtz-Zentrum Geesthacht的“納米技術”部門的一位材料研究員,同時也是相關論文的作者之一,他解釋說:“不幸的是,這些添加物常常導致儲氫容量的急劇下降。因此,我們開發了一種新的反應性氫化物復合體系,該體系具有很高的儲氫能力,可以在180攝氏度的工作溫度下非常迅速地裝滿和排出氫氣。

      例如,為鎂-酰胺基氫化物注入5公斤氫燃料的過程大約需要30分鐘。HZG的科學家們現在已經成功地將兩種添加劑結合在一起,從而大大減少了系統填充和排出所需的時間。科學家們已經使用專門的磨機將鉀和鈦酸鹽以及鎂-酰胺基氫化物磨成微小的納米顆粒。這大大增加了單個粒子的表面積,允許它們結合更多的氫。

      HZG的博士生GökhanGizer為了這項研究進行了無數次的實驗。三年后,他取得了突破:在研究中,研究人員能夠證明所開發的添加劑起到了催化劑的作用,并加速了氫在反應性氫化物復合體系中的負載。GökhanGizer解釋說:“我們發明了一種催化劑,可使加注過程的速度提高約五倍。

      一般來說,金屬氫化物儲罐的充放取決于傳熱、氣體通過氫化物的運動以及與氫化物的反應速率。詳細了解這些過程構成了科學家研究的基礎。具有真正附加價值的基礎研究:“這項研究的結果使我們離有競爭力的儲氫技術又近了一大步,”Pistidda博士解釋道。

      “納米技術”部門的科學家們目前正致力于優化這些新材料的反應動力學,以使它們有資格在汽車上進行實際的技術應用。

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