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储氢罐研究报告

储氢罐是一种氢气储存的容器。现有氢气的储运容器技术包括高压储氢、液氢储存、金

属氢化物储氢、低温吸附储氢、纳米碳管高压吸附储氢以及液体有机氢化物储氢。各种储氢

技术相应的储氢罐也有所区别。

高压气态储氢是目前较为广泛使用的一种氢气储存方式，使用传统不锈钢和铝合金等金

属材料制成的压力容器作为储氢罐，其设计制造技术成熟、成本低、灌装速度快、能耗也较

低，但是单位质量储氢密度较小，一般只用于大型无缝钢制储罐存储，无需任何材料做载体，

只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率较低。液态储氢对储氢容器的绝热要求很高，目

前民用领域应用很少，多用于火箭燃料等领域。

目前，氢气已经开始应用到汽车燃料电池等领域。加氢站、移动式储氢罐等对储存容器

的储氢密度提出了很高的要求，常规钢制压力容器已经不能满足技术要求。各类轻质高压储

氢容器开始出现。轻质高压储氢容器技术是伴随着复合材料压力容器技术发展的新兴技术。

高性能的复合材料具有高比强度、高比模量的优点，可以在保证容器承压能力的前提下，大

幅度降低容器的质量圈。材质有碳纤维复合材料、轻质铝内胆纤维全缠绕等。

另外，目前大量的储氢研究是基于物理化学吸附的储氢方法。物理吸附是基于吸附剂的

表面力场作用，根源于气体分子和固体表面原子电荷分布的共振波动，维系吸附的作用力是

范德华力。吸附储氢的材料有碳质材料、金属有机骨架 (MOFs) 材料和沸石咪唑酯骨架结构

(ZIFs) 材料、微孔 /介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。这类基于吸附储氢模式的储氢罐由储氢

材料 ,容器 ,导热机构 ,导气机构和阀门五部分组成。储氢罐的储氢材料经过几次活化处理后就

可以用来正常地储存氢气。这种储氢罐既可以用来收集储存氢气 ,也可以为需要氢气的装置

提供氢气。但从技术方面看，目前，各种储氢材料若兼顾安全、成本、容量考虑，还没有一

种能达到国际能源协会或美国 2010 年的目标，尤其是在成本较高，各国普遍处于研发或小

批量应用阶段。在我国，因稀土资源较为丰富，以稀土为原料制成储氢合金，用于新型的储

氢罐实现固态储氢。国内已有部分公司开始生产这类新型储氢罐。

第二节影响我国储氢罐产业的宏观环境分析

一、宏观经济发展对储氢罐产业的影响

2012 年，中国宏观经济保持发展，稳中求进。

2012 年，我国全年国内生产总值

519322

亿元，按可比价格计算，比

2011 年增长

7.8%。全年居民消费价格比上年上涨

2.6%，涨幅 —

比上年回落 2.8 个百分点。全年城镇居民人均总收入 26959 元。全年社会消费品零售总额

207167 亿元，比上年名义增长 14.3%（扣除价格因素实际增长 12.1%），增速比上年回落 2.8

个百分点。全年全国粮食总产量达到 58957 万吨，比上年增加 1836 万吨，增长 3.2%，连续

九年增产。全年全国规模以上工业增加值按可比价格计算比上年增长 10.0%，增速比上年回

落 3.9 个百分点。全年固定资产投资（不含农户） 364835 亿元，比上年名义增长 20.6%（扣

除价格因素实际增长 19.3%），增速比上年回落 3.4 个百分点。全年全国房地产开发投资 71804

亿元，比上年名义增长 16.2%（扣除价格因素实际增长 14.9%），增速比上年回落 11.9 个百

分点。全年进出口总额 38667.6 亿美元，比上年增长 6.2% ，增速比上年回落 16.3 个百分点；

出口 20489.3 亿美元，增长 7.9%；进口 18178.3 亿美元，增长 4.3%。进出口相抵，顺差 2311

亿美元。 2012 年末，中国大陆总人口（包括 31 个省、自治区、直辖市和中国人民解放军现

役军人，不包括香港、澳门特别行政区和台湾省以及海外华侨人数） 135404 万人，比上年

末增加 669 万人。人口自然增长率为 4.95‰，比上年提高 0.16 个千分点。

1、国家宏观经济稳中有升，政策连续、稳定，为储氢罐产品发展提供了有利的宏观环

境。但另一方面，在经济运行中依然存在一些突出矛盾和困难。绿色经济、产能过剩下宏观

经济增长方式调整、摩擦、动荡将成为主题，贯穿“十二五”整个规划期。

2、我国的劳动力的成本比较低。以劳动成本优势著称的中国在生产制造业中的优势是

十分明显的，丰富的劳动力资源使得我国劳动力的价格一直保持在较低的水平；另一方面，

国内的劳动成本目前开始走上上升的通道，因此，劳动力的成本优势正在逐渐减弱。

3、2012 年是“十二五”开局之年。时值世界经济步入后金融危机时代，面对低碳经济

和全球化浪潮的冲击，信息技术将进入一个全新的发展时期。 “十二五”规划将继续推进经

济发展方式转变，未来五年，中国能源技术必须坚持自主创新，向清洁能源应用转型；推动

低碳、绿色制造发展，随着氢能应用重视，储氢罐作为重要配套市场，将受到重视，对发展

有利。

二、国家政策对储氢罐产业的影响

随着世界全球气候恶化、石油危机加剧和人口剧增带来的影响不断加重，实行可持续能

源发展战略迫在眉睫。氢是一种优质的能源载体，氢能燃料电池能够保证陆用、水用、航天

及铁路交通工具足够的行驶里程，且比传统汽油、柴油内燃机车更环保。

储氢是利用氢能的关键 , 也是世界性难题 ,许多国家投入巨资进行了研究。美国 2003 年拨款 12

亿美元用于关于氢能 ( 制备、存储 ) 的研究。氢能的研究可以使中国在研究氢能汽

车方面领先于世界 , 使我们的空气干净 , 使中国不依赖于外来的石油能源。我国国家政策对

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氢能的利用以及相关产业的发展都非常关注，作为新能源和高新技术产业，国家政策有较强

支持力度。

近年来国家相关部委发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》、《关于开展节

能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》、《关于进一步做好节能与新能源汽车示范推广试

点工作的通知》等，都说明了新能源汽车具有较好的发展前景。 2012 年 4 月 18 日，国务院

常务会议讨论通过《节能与新能源汽车产业发展规划》。会议指出，加快培育和发展节能与

新能源汽车产业，对于缓解能源和环境压力，推动汽车产业转型升级，培育新的经济增长点，

具有重要意义。

2013 年，国务院常务会议讨论通过了《 “十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，明

确了七大新兴产业的发展方向。其中，新能源汽车产业作为七大产业之一被单独列出来，国

家对新能源汽车的重视可见一斑。这也引发了人们对清洁能源氢能源的高度关注，作为节能

减排和绿色能源的首选，氢能源被寄予厚望。

目前，从国际到国内的汽车产业，燃料电池车都被列为汽车工业的发展方向，产业化发

展轮廓日渐清晰，已有 10 多个国家的 30 个城市开展了燃料电池示范项目。在佛山，广顺新

能源动力科技有限公司亦已联合燃料电池及氢能技术国家工程研究中心、中国科学院微电子

研究所、中科院大连化学物理研究所、上海汽车集团股份有限公司共同开展了新能源汽车核心关键零部件重大技术攻关项目，其研制的电动汽车关键零部件已用于燃料电池汽车等新能源汽车上。

2013 年，我国首部氢能产业园发展规划《丹徒氢能源产业园发展规划》顺利通过专家

组评审，标志着国内领先的氢能源产业园特色园区建设在丹徒区进入实质性启动阶段。

丹徒高新园超洁绿色能源公司携自主研发的多功能氢能发电机参加了第十六届中国（北

京）国际科技产业博览会。超洁绿色能源公司展示的多功能氢能发电机填补了国内新能源生

产领域的一项空白。该公司与上海交通大学共同承担的氢能发电系统研发，获得了国家 863

计划立项，产品研发和产业化已进入关键阶段。

整体看，氢能作为一种新能源，受到业界和政府的较多关注和支持，储氢罐作为一种高

新技术产品，在税收等政策方面享有一定优惠，政策对行业发展较为有利。

三、社会文化对储氢罐产业的影响

社会文化环境是企业所处特定社会结构、风俗习惯、信仰和价值观念、行为规范、生活

方式、文化传统、人口规模与地理分布等因素的形成和变动，是影响企业经营诸多外部变量

中最复杂、最深刻、最重要因素。

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现阶段世界各国都面临资源枯竭、环境恶化、人口膨胀和城市化进程中现实问题，全球

节约经济、绿色环保技术、和谐与可持续发展等现代先进理念下，我国政府积极倡导推进建

设环境友好型社会，旨在实现人与自然环境和谐共处。国内政治经济稳定、经济持续平稳增

长内生动力强劲、社会公众环保意识普遍增强；对氢能等新绿色能源开发利用较为关注。 “十

二五”规划利于推动结构调整、改善民生、刺激消费需求升级，各项鼓励民间投资吸引外资、

行业标准等相关政策法规不断修订完善等，对储氢罐产业投资营造了较宽松和谐的社会、文

化环境。

社会文化、社会结构、社会风俗对消费者的消费偏好仍会产生一定影响。环境保护与生

态平衡状况等因素都是行业在确定投资方向、产品改进与革新等重大经营决策时必须考虑的

因素。中国的环保问题日益突出，国家政策对环保的强制性措施也不断强化，对绿色能源的

开发力度不断加大，对氢能利用的重要配套产业储氢罐的生产和技术研发也有较多投入。整

体看，社会文化对储氢罐发展较为有利。

四、技术因素对储氢罐产业的影响

目前，社会投资领域对储氢罐有较多关注，国家政策对储氢罐产业发展也持支持政策。

限制储氢罐产业发展的瓶颈是行业的技术限制。

氢可以以高压气态、液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。高压

气态储氢发展的历史较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝

热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到 15MPa 时质量储氢密度不超过 3%。而且存在很

大的安全隐患，成本也很高。

金属氢化物储氢开始于 1967 年， Reilly 等报道 Mg2Cu 能大量储存氢气，接着 1970 年

菲利浦公司报道 LaNi5 在室温下能可逆吸储与释放氢气，到 1984 年 Willims 制出镍氢化物

电池，掀起稀土基储氢材料的开发热潮。金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构

形成氢化物。有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。具体有 NaH-Al-Ti 、

Li3N-LiNH2 、 MgB2-LiH 、 MgH2-Cr2O3 及 Ni(Cu,Rh)-Cr-FeOx 等物质，质量储氢密度为

2%-5% 。金属氢化物储氢具有高体积储氢密度和高安全性等优点。在较低的压力 1 兆帕下具

有较高的储氢能力 , 可达到 100kg/m? 以上。中科院大连化学物理研究所陈萍团队发现

Mg(NH2)/2LiH 储氢体系可在 110℃条件下实现约 5%(质量分数 )氢的可逆充放。但是，金属

氢化物储氢最大的缺点是金属密度很大，导致氢的质量百分含量很低，一般只有 2%-5% ，

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固态储氢专题研究报告

一、引言

随着人类对能源需求的日益增长，寻找高效、环保的能源储存方式成为全球科研人员的重要课题。其中，固态储氢作为一种具有潜力的能源储存技术，近年来受到了广泛关注。本报告将对固态储氢进行专题研究，探讨其原理、优势、挑战以及未来发展趋势。

二、固态储氢原理

固态储氢是一种将氢气（H2）以固体形式存储的技术。在常温常压下，氢气通常以气态形式存在，但将其转化为固态形式时，可以大幅提高存储密度和安全性。固态储氢主要利用金属有机骨架（MOFs）等材料作为载体，通过物理或化学吸附的方式将氢气存储在固体晶格中。当需要释放氢气时，通过改变温度或压力条件，使氢气从固态中解吸出来。

三、固态储氢的优势

高存储密度：固态储氢技术具有较高的存储密度，可以在较小空间内储存大量的氢气，有助于提高能源利用效率。

安全性能好：相较于传统液态储氢方式，固态储氢的爆炸风险较低，安全性较高。

适用范围广：固态储氢技术可以应用于各种场景，如电力、交通、工业等。

可重复使用：固态储氢载体可以重复使用，降低了成本，并减少了废弃物产生。

四、固态储氢的挑战

成本问题：目前，固态储氢技术仍处于研发阶段，尚未实现大规模商业化应用。此外，生产和使用过程中的成本较高，需要进一步降低成本才能广泛应用。

寿命问题：固态储氢载体的使用寿命有限，需要定期更换或再生，这会影响其在大规模储能领域的应用。

低温操作：某些固态储氢载体需要在较低的温度下操作，这会增加能源消耗和成本。同时，低温操作也限制了其在高温环境下的应用。

氢气输送：在释放氢气时，如何实现高效、稳定的输送是一个挑战。此外，如何确保输送过程中的安全也是一个需要考虑的问题。

五、未来发展趋势

研发新型载体材料：通过研发新型载体材料，提高固态储氢的存储密度、稳定性和寿命，降低成本，是未来的重要研究方向。

优化制氢和输氢技术：提高制氢效率和开发新型输氢技术对于固态储氢的广泛应用至关重要。

储氢技术研究现状及展望

随着油气资源的日益匮乏以及人们日益增长的能源需求及日益严峻的环境问题，发展、使用高效、清洁、可持续使用的能源成为21世纪人类面临的首要问题。氢气作为一种清洁、安全、高效、可再生的能源，是人类摆脱对“三大能源”依赖的最经济、最有效的替代能源之一。

储氢技术作为氢气从生产到利用过程中的桥梁，是指将氢气以稳定形式的能量储存起来，以方便使用的技术。氢气的质量能量密度约为120MJ/kg，是汽油、柴油、天然气的2.7倍，然而，288.15K、0.101MPa条件下，单位体积氢气的能量密度仅为12.1MJ。

因此，储氢技术的关键点在于如何提高氢气的能量密度。常以氢气的质量密度，即释放出的氢气质量与总质量之比，来衡量储氢技术的优劣。美国能源局DOE要求2020年国内车载氢能电池的氢气质量密度须达到4.5%，2025年达到5.5%，最终目标是6.5%。

同时，氢气为易燃、易爆气体，当氢气浓度为4.1%～74.2%时，遇火即爆。因此，评价储氢技术优劣时，还须考虑安全性。一项技术的使用，还须考虑经济性、能耗以及使用周期等因素。为了寻求兼顾储氢密度、安全性、成本、使用期限等因素的储氢技术，各国学者对其进行了系列研究。

按储氢的原理分为物理储氢、化学储氢与其它储氢。本文围绕这3大类储氢技术，对其研究现状进行综述，并探讨了未来储氢技术的发展方向。

1物理储氢技术

物理储氢技术是指单纯地通过改变储氢条件提高氢气密度，以实现储氢的技术。该技术为纯物理过程，无需储氢介质，成本较低，且易放氢，氢气浓度较高。主要分为高压气态储氢与低温液化储氢。

1.1高压气态储氢技术

高压气态储氢技术是指在高压下，将氢气压缩，以高密度气态形式储存，具有成本较低、能耗低、易脱氢、工作条件较宽等特点，是发展最成熟、最常用的储氢技术。 2

然而，该技术的储氢密度受压力影响较大，压力又受储罐材质限制。因此，目前研究热点在于储罐材质的改进。ZUTTEL等发现氢气质量密度随压力增加而增加，在30～40MPa时，增加较快，当压力大于70MPa时，变化很小。因此，储罐工作压力须在35～70MPa。目前，高压储氢储罐主要包括金属储罐、金属内衬纤维缠绕储罐和全复合轻质纤维缠绕储罐。

固态储氢案例研究报告

一、引言

储氢技术是实现氢能源经济利用的重要环节之一，而固态储氢作为一种有潜力的储氢方法，备受研究者们的关注。固态储氢材料具有高储氢密度、良好的热稳定性和安全性等优势，因此成为了研究的热点之一。本文旨在探讨固态储氢案例的研究情况，并对其中一些典型案例进行分析，以期更好地了解固态储氢技术的发展现状和未来发展方向。

二、固态储氢案例的研究情况

1. 案例一：纳米孔隙结构固态储氢材料的研究

该案例中，研究团队通过控制材料的制备方法和工艺参数，成功合成了具有高储氢密度和良好稳定性的纳米孔隙结构固态储氢材料。通过表征和测试，发现该材料的储氢性能较好，并且在多次循环储氢和释放过程中表现出较低的衰减率。这一研究结果为固态储氢材料的进一步优化和应用提供了有力的支撑。

2. 案例二：金属有机框架固态储氢材料的研究

研究团队通过调控金属有机框架材料的合成方法和结构设计，成功合成了一种具有高储氢容量和优良循环稳定性的固态储氢材料。该材料在低温下表现出良好的储氢性能，并且在多次循环储氢和释放过程中能够保持较高的储氢容量。这一研究结果表明金属有机框架在固态储氢领域具有重要的应用潜力。

三、固态储氢技术的挑战与展望

尽管固态储氢技术取得了一些令人鼓舞的成果，但仍然面临着一些挑战。首先，固态储氢材料的储氢/释氢动力学需要进一步提高，以满足实际应用的需求。其次，固态储氢材料的制备工艺需要更加简化和经济，以降低成本。此外，固态储氢技术的商业化推广和安全性方面也需要进一步研究和完善。

展望未来，固态储氢技术仍然具有广阔的发展前景。在材料合成、结构设计和制备工艺等方面的不断优化和创新将推动固态储氢技术的进一步发展。随着固态储氢技术的成熟和突破，其在氢能源领域的应用将得到更广泛的推广和应用。

四、结论

固态储氢技术作为一种有潜力的储氢方法，正在受到研究者们的广泛关注。本文对固态储氢案例的研究情况进行了探讨，并分析了其中的一些典型案例。通过这些案例的研究，我们可以更好地了解固态储氢技术的发展现状和未来发展方向。随着研究的不断深入，固态储氢技术有望在实现氢能源经济利用方面发挥重要作用。

车载氢储蓄罐的复合材料结构研究

摘要：车载氢储蓄罐的复合材料结构研究是氢燃料汽车发展的重要领域，其关系着汽车的安全性和经济性。本文对车载氢储蓄罐的复合材料结构进行了理论和实验的研究，探讨了不同结构的储氢罐的优缺点，并对目前复合材料储氢罐的制造技术进行了详细介绍。通过试验和数值模拟等方法，比较了不同复合材料的机械性能和储氢性能。最后，提出了进一步改进和完善车载氢储蓄罐的建议。

关键词：车载氢储蓄罐，复合材料，机械性能，储氢性能，制造技术

1.引言

随着氢燃料汽车的发展，储氢技术是氢燃料汽车中的瓶颈问题之一。在储氢罐的材料选择方面，复合材料因其轻质、高强度、耐腐蚀等特点成为了一个重要的选择。本文旨在通过对车载氢储蓄罐的复合材料结构的理论和实验研究，探索不同结构储氢罐的优缺点，并详细介绍目前复合材料储氢罐制造技术的发展情况。

2.不同复合材料结构的储氢罐的优缺点

2.1 碳纤维复合材料储氢罐

碳纤维复合材料储氢罐是一种较为成熟的储氢罐结构，具有比金属储氢罐更高的强度和刚度，同时具有较好的耐热性能。然而，碳纤维复合材料储氢罐的制造成本较高，且易受紫外线辐射等环境因素的影响而老化。此外，由于碳纤维的导电性，碳纤维复合材料储氢罐存在一定的电安全隐患。

2.2 玻璃纤维复合材料储氢罐

玻璃纤维复合材料是一种广泛应用于制造储氢罐的材料，其制造成本较低，不易老化，且不易导电。然而，玻璃纤维复合材料的强度和刚度较差，容易受到外力的破坏，不适合用于高压储氢罐。

2.3 碳纳米管增强复合材料储氢罐

碳纳米管增强复合材料储氢罐是一种新型的储氢罐材料，具有较高的强度和刚度，同时具有较好的储氢性能。相比碳纤维复合材料储氢罐，碳纳米管增强复合材料储氢罐的制造成本较低，且不易老化和导电。但目前该材料的制造技术还较为困难，制备成本较高。

3.目前复合材料储氢罐制造技术的发展情况

目前，复合材料储氢罐的制造技术已经相当成熟。主要制造方法包括手工层叠法、自动化预浸法、自动化纺织法等。其中，自动化预浸法是最常用的制造方法之一。该方法利用纤维预浸料经过自动化喷涂和粘合等工艺制成复合材料储氢罐。与传统手工层叠法相比，自动化预浸法制造的储氢罐具有更加优异的性能和品质。

氢能源的储存发展研究及液态储氢的容器技术

摘要:作为石油的替代能源,氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源,其储存是氢能应用的关键。本文综述了目前所采用或正在研究的储氢技术,如高压气态储氢、金属氢化物储氢、液化储氢、有机化合物储氢和吸附储氢,并指出了液态储氢容器技术的发展趋势。

关键词:储氢;金属氰化物;碳纳米管;容器技术

1前言

在法国小说《神秋·岛》中有句话:“我相信,总有一天氢气和氧气会造产生光和热的无尽源泉”。地球上的物质66%是由氢组成的,当石化燃料危机以及由此带来的环境危机越来越成为关系国计民生和人类未来的重要问题的时候,一个全新的“氢能经济”的蓝图正在逐步形成。氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源,它是利用石化燃料、核能和可再生能源等来产生氢气,也可通过燃料电池化学反应直接转换成电能,用于发电及交通运输等,还可用作各种能源的中间载体。氢作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中时,具有高效率、高效益的特点,而且氢反应的产物是水和热,是真正意义上的清洁能源和可持续能源,这对能源可持续性利用、环境保护、降低空气污染与大气温室效应方面将产生革命性的影响。氢可作为一种储备的能源,如果利用丰富的过剩电能实现电解水制氢,可以建独立的氢供应站,不必区域联网。因此,氢与可再生一次能源相结合可以满足未来能源的所有需求。

2氢能源的储存发展研究

当前氢气的制备技术已日趋成熟,人类可较易获得大量的氢气,但氢能的储存和运输却限制了氢能的利用,尤其是储存技术已经成为氢能利用走向规模化的瓶颈。氢在一般条件下是以气态形式存在的,所占体积大,这给氢的储存带来了困难。对于以氢为能源载体的氢经济来说,储氢问题涉及到氢生产、运输、最终应用等所有环节。目前氢气储存方法主要有五种:高压气态储氢、金属氢化物储氢、液化储氢、有机化合物储氢和吸附储氢。

2.1高压气态储氢

高压气态储氢是最常用的氢气储存方式,也是最成熟的储存技术,氢气被压缩后在气缸里以气体形式储存。这种技术和压缩天然气、煤气技术相类似,只是由于氢的密度很小,需要消耗的能量更多。目前压缩储氢的效率为93%,而利用蓄电池储存电能的效率是73%,可见对于电动车而言,储氢的效率要高过电池储电的效率。但是压缩储氢的效率随着压力的增大而减小,气缸材料一般为钢材,可以耐高压,但比较重,使得氢气的重量百分比较小,一般一个充气压力为20Mp的高压钢瓶

对储氢方式及储氢容器改进方法的研究

薯科技创新　对储氢方式及储氢容器改进方法的研究　邢振禄（中国石油哈尔滨石化分公司）　摘要：随着社会的发展，环境保护问题已经越来越为人们所重视。酸　雨、温室效应、城市热岛效应等等或初露倪端，或已对人类造成巨大的危害，　这些环保问题的产生在很大程度上与人类大量使用化石能源有关。　关键词：氢储氢容器改进　氢可以地球上近于无限的水为原料来制备，其燃烧产物也是　水，具有零污染的优点，有望在石油时代末期成为一种主要的二次　能源。氢能技术的发展，已在航天技术中得到了成功的应用。　氢是一种危险，易燃易爆的气体，在使用中必须保证安全，因　此，一种安全、高能量密度（包括体积能量密度和重量能量密度）、低　成本、使用寿命长的氢储、输技术的应用需求已越来越迫切。　一、目前主要的储氢方式　近年来研究较多的储氢方式有：（１）金属氢化物储氢；（２）液化　储氢；（３）吸附储氢：（４）压缩储氢。　１、金属氢化物储氢　氢和氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给氢化　物时，它就分解为氢化金属并释放出氢气。用来储氢的金属大多是　由多种元素构成的合金，目前世界上研究成功的合金大致分为：　（１）稀土镧镍，每公斤镧镍合金可储氢１５３Ｌ；　（２）铁钛合金，储氢量大，价格低月在常温常压下释放氢；　（３）镁系合金，是吸氢量最大的元素，但需要在２８７ｏ（二条件下才　能释放氢，而且吸收氢十分缓慢；　（４）钒、铌、铅等多元素系，这些金属本身是稀贵金属，因此只适　用于某些特殊场合。　与其它储氢方式相比，金属氢化物储氢具有压力平稳，充氢简　单、方便、安全等优点，单位体积贮氢的密度，是相同温度、压力条件　下气态氢的１０００倍。该储氢方式存在的问题为在大规模应用中如　何提高储氢材料的储氢量和降低材料成本，节约贵重金属。国际能　源机构确定的未来新型储素材料的标准为储氢量应大于５Ｗｔ％，并　且能在温和条件下吸放氢。根据这一标准，目前的储氢合金大多尚　不能满足这一性能要求。　２、液化储氢　将氢气冷却到一２５３ｏＣ时氢气即可液化。液氢储存方式的质量　能量密度最大，是一种轻巧紧凑的方式。但氢气液化成本高，能量损　失大（氢液化所需能量为液化氢燃烧产热额的３０％），且存在蒸发　损失。液氢贮存工艺首先用于宇航中，但需要极好的绝热装置来隔　热，才能防止液态氢不会沸腾汽化，导致液体贮存箱非常庞大。　３、吸附储氢　Ｃ．ＣａｒＰｅｔｉｓ和Ｗ．Ｐｅｓｃｈｋａ是首先提出在低温条件下氢气能够　在活性炭中吸附储存的两位学者。他们提出可以考虑将低温吸附刘　运用到大型氢气储存中，并研究得到了在温度为一１９５℃和　一２０８ｏＣ，压力为０—４．１５ＭＰａ时，氢在多种活性炭上的吸附等温　线：压力为４．２ＭＰａ时，氢气在活性炭上的吸附容量分别可以达到　６．８ｗｔ％和８．２ｗｔ％在果等温膨胀到０．２ＭＰａ，则吸附容量为　４．２ｗｔ％和５．２ｗｔ％。在一个最近的研究中，Ｈｙｎｅｋ在２７℃和一８３℃　条件下测试了一系列吸附剂，如活性炭、碳黑、碳气凝胶以及碳分子　筛等。测试结果为：在Ｏ一２ＯＭＰａ压力范围内，随着压力的增大，吸　附剂的储氢量只有少量的增加。　目前吸附储氢材料研究的热点是碳纳米材料。由于碳纳米材料　中独特的晶格排列结构，其储氢数量大大的高过了传统的吸附储氢　材料。碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板，层间距为０．３３７ｕｍ，　而分子氢气的动力学直径为０．２８９ｕｍ，所以碳纳米管能用来吸附氢　气。另外，由于这些层板之间的氢的结合是不牢固的，压力降低时能　够通过膨胀来释放氢气。１　９９８年，清华大学开始了储氢材料领域的　１１０　研究，试验发现：在常温下，碳纳米管吸氢速度很快，可在３—４个小　时内完成，放氢可以在０．５—１小时内就可完成，储氢能力达到了　９．９Ｗｔ％。但是碳纳米管用作商业储氢材料还有一段距离，批量生产　碳纳米管的技术尚不成熟，且价格昂贵，还需在储氢机理、结构控制　和化学改性方面做更深人的研究。　４、压缩储氢　压缩储氢方式是将氢气以气态形式压缩储存于高压容器中，可　在常温下使用。目前压缩储氢方式所采用的压力一般不超过　３５ＭＰａ，但”氢动３号”氢燃料电池动力轿车上所安装的储氢罐储氢　压力高达７０ＭＰａ。　为汽车提供动力是氢能的一个重要应用领域。假定（１）轿车的　油耗为５升门００公里，续驶里程为４００公里，则需消耗汽油１５Ｋｇ；　（２）质子交换膜燃料电池的氢气利用率为１ＯＯ％，行驶４００公里需　要３．５４Ｋｇ氢气。采用金属化合物储氢方式，合金的储氢能力为　２、＾／ｔ％；吸附储氢方式，碳纳米管的储氢能力按８Ｗｔ％，碳纳米管的　填装比重为０．８５　压缩储氢方式，氢气压力为３ＯＭＰａ。　二、改进型储氢容器　通过上述数据可知，虽然压缩储氢方式应用广泛，但在有限容　积内储氢量小。若要提高容器的储氢能量密度，则需提高氢气的压　力，现有容器已不能满足要求。　常规的复合容器为在一个金属内胆或塑料内胆上缠绕纤维制　成，内胆主要起密封作用，纤维缠绕层承受绝大部分载荷。因为塑料　内胆存在渗漏问题，当用作氢气的储存容器时都采用金属内胆的复　合容器。　金属内胆用作储氢容器时存在以下问题：（１）内胆腐蚀和氢脆，　特别是当存储的氢气含有腐蚀性介质时，问题更为突出，对氢气纯　度要求高：（２）疲劳，储气系统需要重复克装氢气，对容器的疲劳寿　命要求高，但金属内胆的疲劳性能不好；（３）在高压情况下，金属内　胆的复合容器也存在氢气渗透问题。　将压缩储氢方式和吸附储氢方式相结合，充分利用各自的优　点，制造全复合材料容器，则可较好的解决上述问题。　夹层板具有重量轻、刚性好、强度高的优点，利用夹层板来作为　复合容器的内胆，可以提高容器的强度，减少纤维缠绕量，降低系统　重量，提高重量能量密度。同时因为复合材料的高耐腐蚀能力和抗　疲劳性能，利用夹层板来作为复合容器的内胆，大大提高了复合容　器的使用寿命。　碳凝胶是一种类似泡沫塑料的物质，特点是具有超细孔，大表　面积，并且有一个固态的基体。这种材料具有纳米晶体结构，试降果　表明，在８．３Ｍｐａ的条件下，其储氢量可达３．７ｗｔ％。在夹层板的芯　板中充填进这种吸附材料，容器内部氢气被压缩到碳凝胶的微孔　中，由气态变为固态，大幅度降低了夹层板外表板处的氢气压力。此时在　夹层板外表扳处采取常规密封措施就可防止高压氢气泄漏的发生。　以夹层板为内胆的复合容器，其内胆的加工成本校金属内胆　低，质量容易控制，成品率高，但咀部密封的难度较高。经计算，对于　采用夹层板为内胆的复合容器，容积为５０Ｌ，工作压力为８０ＭＰａ　时，容器质量为５０Ｋｇ。其质量能量密度和体积能量密度分别为：　６．６ｗｔ％和６５．６Ｋｇ／ｍ３（计算未包括碳凝胶吸附氢的质量），均满足　美国能源部对储氢材料的标准。　金属化合物储氢和吸附储氢存在充放气速度慢、储氢容量小的　缺点，液化储氢需要一套庞大的冷却系统和极好的绝热材料，压缩　储氢方式是目前较为可行的储氢方法。通过改进复合容器的结构，　提高氢气的压力，就能达到：（１）防止氢气渗漏；（２）提高容器的使用　寿命：（３）提高系统的储氢量，使其能够满足实际使用的要求。

储氢材料项目可行性研究报告

储氢材料项目

可行性研究报告

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第一章储氢材料项目绪论 .................................................................. 1

一、储氢材料项目名称及承办企业 ............................................................. 1

二、储氢材料项目提出的理由 ..................................................................... 1

三、储氢材料项目选址及用地规模控制指标 ............................................ 2

四、环境保护及安全生产 ............................................................................. 3

五、储氢材料项目投资方案及预期经济效益 ............................................ 4

六、储氢材料项目建设进度规划 ................................................................. 7

七、储氢材料项目综合评价 ......................................................................... 7

八、主要经济指标一览表 ............................................................................. 9

第二章报告编制说明 ........................................................................ 12

氢能源的储存发展研究及液态储氢的容器技术 2

氢能源的储存发展研究及液态储氢的容器技术

氢能源是一种清洁、可持续的能源，被视为未来能源发展的重要方向之一、然而，由于氢气具有高能量密度和低分子量的特性，其储存成为氢能源应用的一大挑战。

氢气的储存形式主要有气态储氢、液态储氢和固态储氢。其中，液态储氢由于其高能量密度和较低压力要求，被广泛应用于氢能源储存领域。液态储氢的容器技术的发展对于实现高效、安全的氢能源储存具有重要意义。

液态储氢的容器技术主要涉及氢气的液化和储存。液化氢气的主要方法有压缩机循环法和制冷过程法。压缩机循环法通过连续的压缩、冷却和反凝结的过程将氢气压缩至液态，然后通过储罐进行储存。制冷过程法则通过过程中的蒸发和冷凝来液化氢气，并经过更低的温度和压力进行储存。

随着液态储氢技术的发展，液态储氢容器的设计和制造也得到了极大的改进。常见的液态储氢容器包括氢能源汽车中使用的氢气储存罐和工业领域使用的液态氢气储存罐。

氢能源汽车使用的液态储氢罐通常采用高压气瓶，其材料多为高强度合金钢或复合材料。为了增加储氢量和减少体积和重量，液态储氢罐常采用多层结构，包括内层用于储存液态氢气的容器和外层用于增加保温效果的层。此外，液态储氢罐还需要配备压力传感器和安全装置，确保储氢过程的安全可靠性。

工业领域使用的液态氢气储存罐则更加复杂。为了满足工业生产的需求，这些储罐通常具有更大的容积和更高的储存温度。液态氢气储存罐的材料也更加多样，包括碳纤维增强复合材料和金属储氢合金等。此外，液态氢气储存罐还需要具备多种安全措施，如压力控制系统、泄漏检测系统和火灾抑制系统等，以确保储氢过程的安全性。

总的来说，液态储氢的容器技术对于氢能源的发展具有重要的影响。随着技术的进步，液态储氢容器的储存效率将不断提高，这将进一步推动氢能源的应用和普及。然而，在提高储氢效率的同时，安全性仍然是液态储氢容器技术需要不断改进的方面，以确保氢能源的持续发展与应用。