氢气储存
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氢气储存
氢气储存是用于储存氢气以备后用的几种方法中的任何一种的术语。这些方法包括机械方法，例如高压和低温，或根据需要释放H2的化合物。虽然产生了大量的氢气，但它主要在生产现场消耗，特别是用于合成氨。多年来，氢气一直以压缩气体或低温液体的形式储存，并以气缸、管道和低温罐的形式运输，用于工业或作为空间计划的推进剂。对使用氢气在零排放车辆中进行车载能源存储的兴趣正在推动新存储方法的开发，以更适应这种新应用。xxx的挑战是H2的沸点非常低：沸点约为20.268K（-252.882°C或-423。188°F）。达到如此低的温度需要大量的能量。
成熟的技术
化学品储存
由于高存储密度，化学品存储可以提供高存储性能。例如，超临界氢气在30°C和500bar下的密度仅为15.0mol/L，而甲醇的密度为49.5molH2/L甲醇，饱和二甲醚在30°C和7bar下的密度为42.1molH2/L二甲醚。存储材料的再生是有问题的。已经研究了大量的化学品储存系统。H2释放可以通过水解反应或催化脱氢反应来诱导。示例性的储存化合物是碳氢化合物、氢化硼、氨和铝烷等。最有前途的化学方法是电化学储氢，因为氢的释放可以通过施加的电来控制。下面列出的大部分材料都可以直接用于电化学储氢。如前所示，纳米材料为储氢系统提供了优势。纳米材料提供了一种替代方案，可以克服散装材料的两个主要障碍，即吸附速率和释放温度。如南佛罗里达大学清洁能源研究中心的工作所示，可以通过基于纳米材料的催化剂掺杂来提高吸附动力学和存储容量。本课题组研究了掺杂镍纳米粒子的LiBH4，并分析了不同物种的失重和释放温度。他们观察到，随着纳米催化剂用量的增加，释放温度降低了大约20°C，材料的重量损失增加了2-3%。发现镍颗粒的最佳量为3mol%，其温度在规定的范围内（约100°C），重量损失明显大于未掺杂的物质。与散装材料相比，由于扩散距离短，氢吸附率在纳米尺度上有所提高。它们还具有良好的表面积与体积比。材料的释放温度定义为解吸过程开始的温度。诱导释放的能量或温度会影响任何化学品储存策略的成本。如果氢结合得太弱，再生所需的压力就很高，从而抵消了任何节能。车载氢燃料系统的目标是释放大约<100°C，再充电<700bar（20-60kJ/molH2）。修改后的van’tHoff方程将解吸过程中的温度和氢气分压相关联。对标准方程的修改与纳米尺度的尺寸效应有关。从上面的关系我们看到解吸过程的焓和熵变化取决于纳米粒子的半径。此外，还包括了一个新术语，该术语考虑了颗粒的比表面积，并且可以在数学上证明，对于给定的分压，颗粒半径的减小会导致释放温度的降低。
物理存储
在这种情况下，氢以物理形式保留，即作为气体、超临界流体、吸附物或分子夹杂物。考虑到关于玻璃微容器、微孔和纳米孔介质的体积和重量容量以及安全性和再填充时间要求的理论限制和实验结果。
固定式储氢
与移动应用不同，氢密度对于固定应用来说不是一个大问题。至于移动应用程序，固定应用程序可以使用成熟的技术：
汽车车载储氢
便携性是汽车行业面临的xxx挑战之一，由于安全问题，高密度存储系统存在问题。高压罐的重量比它们所能容纳的氢气重得多。例如，在2014年的丰田Mirai中，满罐仅包含5.7%的氢气，其余的重量都是罐。美国能源部已经为轻型车辆的车载储氢设定了目标。要求清单包括与重量和体积容量、可操作性、耐用性和成本相关的参数。这些目标已被设定为一项旨在提供化石燃料替代品的多年研究计划的目标。在美国总统乔治·W·布什领导下建立的FreedomCAR伙伴关系为氢燃料系统设定了目标。2005年的目标没有达到。目标在2009年进行了修订，以反映从测试车队获得的系统效率的新数据。2017年降低了2020年和最终目标，最终目标设定为每千克系统总重量65克H2，每升系统50克H2。需要注意的是，这些目标是针对储氢系统的，而不是针对氢化物等储氢材料的。系统密度通常是工作材料的一半左右，因此虽然一种材料可以储存6wt%H2，但使用该材料的工作系统在储罐、温度和压力控制设备等重量的情况下只能达到3wt%，被认为。2010年，只有两种存储技术被确定为具有满足DOE目标的潜力：MOF-177的容积容量超过了2010年的目标，而冷冻压缩H2的重量和容积容量超过了2015年更严格的目标（见幻灯片6）.燃料电池动力汽车的目标是提供超过300英里的行驶里程。美国燃料电池技术办公室设定的长期目标包括使用纳米材料来提高xxx范围。
现在和未来的储氢
储氢材料研究领域广阔，发表论文数万篇。根据收集自WebofScience并在VantagePoint®文献计量软件中处理的2000年至2015年期间的论文，构成了储氢材料研究的科学计量学综述。据文献报道，氢能在2000年代经历了一个炒作周期式的发展。储氢材料的研究从2000年到2010年以递增的速度增长。之后，增长继续但速度下降，并在2015年达到了一个平稳期。从单个国家的产出来看，各国之间存在一个分裂，2010年之后转为恒定或略有下降的产量，如欧盟国家、美国和日本，以及那些产量持续增长到2015年的国家，比如中国和韩国。发表论文最多的国家是中国、欧盟和美国，其次是日本。中国在整个期间保持xxx地位，储氢材料出版物在其总研究产出中的份额更高。在材料类别中，金属有机框架是研究最多的材料，其次是简单氢化物。确定了三种典型行为：
然而，目前的物理吸附技术离商业化还很远。实验研究针对小于100g的小样本进行。所描述的技术通常需要高压和/或低温。因此，我们认为这些技术在其当前的技术状态下不是单独的新技术，而是作为当前压缩和液化方法的一种有价值的附加物。物理吸附过程是可逆的，因为不涉及活化能并且相互作用能非常低。在金属有机骨架、多孔碳、沸石、包合物和有机聚合物等材料中，氢物理吸附在孔隙表面。在这些类别的材料中，储氢能力主要取决于表面积和孔体积。将这些吸附剂用作储氢材料的主要限制是氢气与吸附剂表面之间的范德华相互作用能较弱。因此，许多基于物理吸附的材料在液氮温度和高压下具有高存储容量，但在环境温度和压力下它们的容量变得非常低。LOHC，液态有机储氢系统是一种很有前途的未来储氢技术。LOHC是可以通过化学反应吸收和释放氢的有机化合物。这些化合物的特征在于它们可以在循环过程中装载和卸载大量氢。原则上，每个不饱和化合物（具有CC双键或三键的有机分子）在氢化过程中都可以吸收氢。该技术确保在储氢过程中完全避免化合物释放到大气中。因此，LOHC是一种有吸引力的方式，可以以液体能量携带分子的形式为移动应用提供风能和太阳能，这些分子的储能密度和可管理性与当今的化石燃料相似。