低压吸附贮存氢气作汽车燃料的研究与开发

1、低压吸附贮存氢气作汽车燃料的研究与开发邹勇韩布兴阎海科(中国科学院化学研究所，北京100080)文摘：对低压吸附贮氢用作汽车燃料的研究和开发工作进行了综述，并对该技术的工业化问题进行了讨论。关键词：氢气，吸附贮存，汽车燃料0引言言氢氢气作为为一种高高效、净净洁、资资源丰富富的车用用替代燃燃料，前前景十分分乐观1。其其关键技技术是氢氢气的储储存。据据报道2，美美国能源源部在全全部氢能能研究经经费中约约有500%用于于氢贮存存。氢气气贮存方方法大致致可分为为以下几几种33：液液化贮存存，金属属贮存，压压缩贮存存，吸附附贮存。车用燃料氢气的低压吸附贮存技术的研究始于70年代末4，现正在加紧开发，其基

2、本原理是借助于多孔介质的吸附作用，在较温和的条件下(77195K，50MPa)，使氢气浓缩、密度增大，以一种类似于超临界流体的形式贮存于多孔介质的孔隙内5。由于该技术具有压力低、贮存容器自重轻、形状选择余地大、成本低等优点3，6，越来越引起各国学者的关注，已成为该领域的研究热点。本文以国外近30年报道的材料为依据，对车用燃料氢气的低压吸附贮存技术进行综述。1低压吸吸附贮氢氢的主要要影响因因素低压吸吸附贮氢氢的主要要影响因因素有：(1)吸附剂剂的类型型及其性性能，(2)氢氢气的纯纯度，(3)吸吸附贮存存条件。1.1吸附剂的类型及其性能1.1.1吸附剂的类型各国研究者使用的吸附剂可分为三类：(1)

3、分子筛，(2)一般活性炭，(3)高比表面积活性炭（AX-21）。吸附剂贮氢特性示于图1和图2。由图1、2可见，T77K时， 三类不同吸附剂的吸附贮氢能力为：高比表面积的活性炭远远大于一般活性炭，而活性炭大于分子筛。这说明炭质吸附剂，尤其是高比表面积活性炭吸附剂贮氢性能最佳。图1三类类不同吸吸附剂单单位质量量贮氢能能力比较较71AX-21，22NNoriit，33BBPL，4CNS-201，55A，613X图2三类类不同吸吸附剂单单位体积积贮氢能能力比较较71AX-21（003ggcmm），22BBPL（00477gccm）3Linnde13XX（025ggcmm）1.1.22炭质质吸附剂剂的性

4、能能炭炭质吸附附剂的性性能(BBET比比表面积积、表面面酸性及及其金属属改性)对其吸吸附贮氢氢量的影影响如图图355所示。图3五种种活性炭炭吸附贮贮氢量的的比较8（TT788K）11.SBBET10112mg，含含氧量128；2SSBETT11159mmg，含含氧量133；3SSBETT7113mg，含含氧量186；4SSBETT15559mmg，含含氧量466；55SBBET11119mg，含含氧量744图4Wiito炭炭的表面面酸性对对其吸附附贮氢的的影响9（TT777K，PP25MPPa)图3表表明，除除活性炭炭4外，其其余四种种活性炭炭吸附贮贮氢能力力为：BBET比比表面积积越大，其其

5、吸附贮贮氢量越越多，但但SBEET111000mg，贮贮氢量相相差很小小，见曲曲线2、44、5；活性炭炭4的BBET比比表面积积大于22.5时时，其吸吸附贮氢氢量反而而比2.5时小小，这意意味活性性炭吸附附贮氢不不仅与其其比表面面积有关关，而且且还与其其它性能能有关，如如表面酸酸碱性、孔孔径分布布。图4表表明，炭炭质吸附附剂的表表面酸性性有利于于吸附贮贮氢。通通过对炭炭质吸附附剂的表表面改性性，增大大其表面面酸性，可可提高贮贮氢量330%（WWt）10。图图5表明明，活性性炭经金金属钯改改性后，其其贮氢能能力增强强，且随随压力的的增大贮贮氢量增增大；但但压力低低时，（PP10MPPa），金金属

6、钯改改性后贮贮量略有有降低。作作者认为为，压力力低时，炭炭质吸附附剂的贮贮氢量主主要取决决于它的的微孔容容积，但但由于钯钯的负载载，肯定定有部分分孔隙被被堵，因因而微孔孔容积有有所降低低。随着着压力的的增大，负负载在活活性炭上上的金属属钯对氢氢的超溢溢现象逐逐渐起作作用，结结果使其其贮氢量量大大地地增大。1.2氢气的纯度氢气纯度对高比表面积活性炭贮氢的影响，其结果示于图612。图5活性性炭金属属钯改性性前后贮贮氢量的的比较(T777K）115PddACC，AAC图6纯氢氢和(550910)氮气气氢气气在高比比面积活性炭上的的吸附特特性（TT1550K）121H，2（550910)NH图6表表明

7、，压压力越大大，高比比表面积积活性炭炭贮氢量量降低越越多，即即压力越越大，杂杂质氮气气的影响响越严重重。1.3贮贮存条件件图7温度度和压力力对高比比表面积积活性炭吸附附贮氢影影响的实实验结果果71777K，221175KK，32998K不同温温度和压压力对高高比表面面积活性性炭吸附附贮存氢氢气的影影响，其其结果示示于图77。图7表表明，高高比表面面积活性性炭吸附附贮氢时时，温度度越低、压压力越高高，其贮贮氢量越越多，但但当T77KK时，压压力增大大到一定定值(200MPaa)时，其其贮氢量量增量很很小，趋趋近于一一定值。作作者认为为，产生生上述现现象的主主要原因因是，低低温活性性炭吸附附贮氢主

8、主要是物物理吸附附，其吸吸附等温温线为典典型的LLanggmuiir型曲曲线。2经济分分析氢气四四种贮存存方法的的经济分分析结果果示于表表1。表1四种种不同贮贮存氢气气方法的的经济分分析66(单单位：美美元GGJ）贮存方法使用系统成成本贮存系统成成本能量消耗总成本总成本排序序压缩(P200MPPa）082812265115992液化14623615377190224金属06078444541138553吸附2102612467381（150KK，54MPPa）从表11可知，采采用吸附附方法时时，尽管管增加了了吸附剂剂和系统统成本，但但贮存系系统和能能量消耗耗成本却却有较大大幅度的的降低，故故总

9、成本本最低。 3小结结用用作车用用燃料的的低压吸吸附贮氢氢发展前前景良好好，其技技术关键键是吸附附剂，实实现工业业化应用用尚需对对以下问问题进行行研究：低温运运行；炭炭质吸附附剂孔径径分布对对贮氢性性能的影影响；过过渡金属属改性提提高吸附附贮氢量量的机理理；吸附附贮氢运运行参数数的最佳佳化和最最大贮氢氢量。参考文文献1GenneDDBeerryy，ettallEnnerggy，119966，211（4）：28992鲍鲍德佑.太阳能能学报，119955，166(1)：11143DavvidLBBlocckFFSESS-CRR-2332-888XXK-77-077，19988，115844CCar

10、rpeiits，eetaalPProcc1sstWWorlldHHydrrogeenEEnerrgyConnf，119766，455CCarrpeiits，eetaalPProcc2sstWWorlldHHydrrogeenEEnerrgyConnf，119788，1443366ZiiminngTTan，eetaalJJPhhysCheem，119900，944：6006177KAGGAmmankkwahh，ettall，IIntJHHydrrogeenEEnerrgy，119899，144（7）：43778RRChhahiine，eetaal，IIntJHHydrrogeenEEnerrgy

11、，119944，199（2）：16119RRKAgaarwaal，eetaal，CCarbbon，119877，255（2）：219910JSSNooh，eetaal，IIntJHHydrrogeenEEnerrgy，119877，122（100）：6693111JJameesAAScchwaarz，eetaal，UUSPPateent471167336（119888）122JaamessASchhwarrz，eetaal，UUSPPateent496604550（119900）133KAGGAmmankkwahh，ettall，IIntJHHydrrogeenEEnerrgy，119911，

12、166（5）：339914PetterHofffmaanHHydrrogeenFuuelCelllLLettter，119977，7（22）：1115SettPhhenHilllNNewSciienttistt，19996，112，221128：20RESEAARCHHANNDDDEVEELOPPMENNTOOFLLOW-PREESSUUREAADSOORPTTIONNSTTORAAGEHYDDROGGENGASSASSAVEHHICLLESFUEELZouYYonggHHanBuxxinYaanHHeikke（IInsttituuteofCheemisstryy，ChhineeseAcaademmyoofSScieencees，BBeijjingg10000880）Abstrractt：Innthhispapper，tthelowwpreessuureadssorpptioonsstorrageehyydroogenngaasttechhnollogyyisscrrit