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下載手機APP 江蘇集萃先進動力資料與運用技能研究所開發(fā)的固態(tài)儲氫體系已用于驅(qū)動自行車受訪者供圖
固態(tài)儲氫相對于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲氫，具有體儲蓄氫密度高、工作壓力低、安全功能好等優(yōu)勢。固態(tài)儲氫是未來高密度貯存和氫能安全運用的發(fā)展方向。
——周少雄江蘇省工業(yè)技能研究院集萃先進動力資料與運用技能研究所所長
聚焦新資料③
裝上2個小巧的氫氣罐，電動自行車就能夠行進120公里;氫氣用完也無須憂慮，街頭巷尾的便利店就能購買更換;氫氣罐即使破損也沒有風險，罐子里倒出來的滿是合金粉末……
這可不是什么科幻片里的場景，而是江蘇某企業(yè)在2021第二十屆中國北方世界自行車電動車展覽上，展現(xiàn)的兩款采用氫動力作為發(fā)電體系的樣車。
近幾年來，以固態(tài)儲氫為動力供應(yīng)的大巴車、貨車、冷藏車、備用電源等在我國相繼問世。盡管只是實驗示范項目，但仍是在氫動力圈內(nèi)引發(fā)了極大的重視。
固態(tài)儲氫改動氫氣高密度貯存和安全運用兩個難題，究竟是怎么完成的?氫氣的儲運難題一旦取得處理，氫動力將在哪些范疇發(fā)揮作用?帶著這些問題，科技日報記者5月22日采訪了江蘇省工業(yè)技能研究院集萃先進動力資料與運用技能研究所所長周少雄博士。
存儲和運送問題影響了氫能運用
化學(xué)元素氫(H)，在元素周期表中位列第一，是一切原子中最小的。
但這個無色無味的“小家伙”卻是世界中最常見的元素，氫及其同位素占到了太陽總質(zhì)量的84%，世界質(zhì)量的75%都是氫。
“咱們現(xiàn)在還生活在碳年代，可是在未來，氫能將是無足輕重的動力。”周少雄告知記者，氫資源豐厚，能夠由水制取，氫供應(yīng)燃料電池的產(chǎn)品仍是水，不僅是世界上最潔凈的動力，還能完成動力物質(zhì)循環(huán)運用、可持續(xù)發(fā)展。
當時，我國正面臨著動力安全和碳排放兩大應(yīng)戰(zhàn)，在碳中和、碳達峰的目標下，必須調(diào)整當時過度依靠化石動力的動力結(jié)構(gòu)，而將氫能納入整個動力體系中，有助于改善我國的高碳動力結(jié)構(gòu)，保障動力安全。
可是，從人類認識到氫氣能夠焚燒至今，現(xiàn)已曩昔200多年，氫能的高效運用仍然進展緩慢。
“氫能的運用，觸及制氫、儲運、運用3個環(huán)節(jié)，其間高密度安全儲運氫是首要的瓶頸問題。”周少雄說，氫在通常條件下以氣態(tài)方式存在,且易燃、易爆、易擴散，這就給氫的貯存和運送帶來了很大的困難。
現(xiàn)在，氫氣的儲運首要分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)3種方式。
氣態(tài)儲氫較為常見，可分為低壓和高壓兩種。曩昔，街頭巷尾賣氣球的小販，會載著一個大鋼瓶，這就是低壓儲氫罐。而高壓氣態(tài)儲氫最高氣壓可達70兆帕，現(xiàn)在我國常見的高壓儲氫氣壓也到達35兆帕，這就對壓力容器提出了極高要求，現(xiàn)在高壓儲氫罐采用碳纖維制造，本錢極高且要耗費較大的動力進行壓縮。
氫氣在必定的低溫下，會以液態(tài)方式存在。因而，能夠?qū)錃鈮嚎s、冷卻完成液態(tài)貯存。常溫、常壓下液氫的密度為氣態(tài)氫的845倍，但低溫液態(tài)儲氫不經(jīng)濟。氫氣液化要耗費較大的冷卻能量，并且必須運用超低溫用的特別容器，現(xiàn)在僅在貯存空間有限的場合運用，如火箭發(fā)動機等。
與化石動力或電力等其他非化石動力比較，氫能因為沒有很好地處理儲運問題，所以一向處在叫好不叫座的尷尬境地。因而，開發(fā)新型高效的儲氫資料、安全的儲氫技能對氫能的開發(fā)運用至關(guān)重要。
含鎂固態(tài)儲氫體系本錢挨近鋰電池
“固態(tài)儲氫相對于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲氫，具有體儲蓄氫密度高、工作壓力低、安全功能好等優(yōu)勢。”周少雄介紹，固態(tài)儲氫是未來高密度貯存和安全氫能運用的發(fā)展方向。
固態(tài)貯存需要用到儲氫資料，現(xiàn)在技能較為老練的儲氫資料首要是金屬合金。
儲氫合金一般由兩部分組成，一部分為吸氫元素或與氫有很強親和力的元素，它操控著儲氫量的多少，是組成儲氫合金的要害元素，首要包含鈦、鎂等;另一部分是吸氫量小或根本不吸氫的元素，常見的有鐵、鎳等。
這些合金資料與氫氣在低溫的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氫氣在其表面分解為氫原子。合金資料內(nèi)部有大量細微的晶格，氫原子擴散進入到晶格內(nèi)部空地中，構(gòu)成金屬氫化物。
想要把氫原子“開釋”出來也很簡單，只需施加必定熱量，儲氫資料就能夠析出氫氣。
周少雄告知記者，現(xiàn)在他們開發(fā)的低溫固態(tài)儲氫資料能夠存儲其體積上百倍的氫氣，因而其儲氫密度比液氫還高。這些合金資料功能非常穩(wěn)定，不會焚燒爆破，可逆性好，重復(fù)運用不低于5000次。
“以咱們開發(fā)的一種新型儲氫資料為例，首要成分是鎂和稀土元素鑭、鈰等，在爐中熔化冶煉，冷卻成型，再破碎成粉末就能夠了。”周少雄說，鎂是自然界普遍存在的一種元素，鑭、鈰在稀土元素中儲量豐厚，因而綜合本錢已逼近鋰電池。
近年來，世界各國在固態(tài)儲氫運用和新型儲氫資料的研制上取得了許多進展，老練的儲氫資料已在熱電聯(lián)供、儲能、車載燃料電池氫源體系等多個范疇得到運用，德國一家公司乃至將固態(tài)儲氫體系用于燃料電池潛艇中。
據(jù)周少雄介紹，他們最新研制的含鎂儲氫資料，貯存容量可達每立方米110千克，遠超美國動力局提出的儲氫“終極目標”，可是制約其運用的是放氫溫度過高，需要到達250℃以上?，F(xiàn)在，科學(xué)家正經(jīng)過各種方法來調(diào)控其熱力學(xué)、動力學(xué)和循環(huán)壽數(shù)功能，期望能夠提前完成商用。
氫氣變身“固態(tài)油箱”或改動未來動力格局
日本豐田、韓國現(xiàn)代等企業(yè)投入巨資、耗時數(shù)十年研制氫動力轎車，但受制于加氫站建造的瓶頸，市場推廣并不順暢。
“因為氫能儲運問題沒有處理，燃料電池本錢較高，所以氫動力轎車還處在政府補助、示范運行的階段。”周少雄說，當固態(tài)儲氫資料得到發(fā)展后，氫能運用將會有極大地改動。
比如，將固態(tài)儲氫設(shè)備與燃料電池一體化集成，可充分運用燃料電池余熱，吸熱放氫，下降體系熱能耗費，使得整個燃料電池動力體系的動力功率得以提高。
“現(xiàn)在，咱們已建成國內(nèi)唯一一條年產(chǎn)800噸儲氫資料的生產(chǎn)線，并與九號公司、永安行等企業(yè)開展合作，推出固態(tài)儲氫動力體系的摩托車、電動自行車等。”周少雄告知記者，低溫固態(tài)儲氫資料技能老練，本錢可控，整套設(shè)備全部完成國產(chǎn)化，無需政府補助也能夠完成商業(yè)化運用。
周少雄介紹，他們開發(fā)的以固態(tài)儲氫為氫源的百瓦級氫燃料電池發(fā)電體系，只需55克氫氣就能驅(qū)動自行車行進80公里，而這55克氫氣就貯存在一個普通礦泉水瓶巨細的罐子里，儲氫壓力僅相當于普通氣球。
周少雄斗膽預(yù)言：“固態(tài)儲氫罐能夠做成像干電池相同的產(chǎn)品，未來可在便利店或超市隨處購買，也能夠?qū)⑦\用完的氫動力空瓶放置存儲箱，由快遞員每日更換。”
未來，處理了儲運難題，氫能的運用不僅是備受重視的燃料電池轎車，還包含氫能發(fā)電、工業(yè)運用及建筑運用等，不僅能夠作為建筑熱電聯(lián)供電源、微網(wǎng)的牢靠電源與移動基站的備用電源，還能夠與數(shù)字化技能結(jié)合，讓以固態(tài)儲氫為氫源的氫燃料電池動力體系在無人駕駛、軍用單兵、深海配備等許多范疇發(fā)揮重要作用?？萍既請蟆∽髡撸簭垥?/span>
標簽：
固態(tài)儲氫資料 氫能運用
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固態(tài)儲氫相對于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲氫，具有體儲蓄氫密度高、工作壓力低、安全功能好等優(yōu)勢。固態(tài)儲氫是未來高密度貯存和氫能安全運用的發(fā)展方向。
——周少雄江蘇省工業(yè)技能研究院集萃先進動力資料與運用技能研究所所長
聚焦新資料③
裝上2個小巧的氫氣罐，電動自行車就能夠行進120公里;氫氣用完也無須憂慮，街頭巷尾的便利店就能購買更換;氫氣罐即使破損也沒有風險，罐子里倒出來的滿是合金粉末……
這可不是什么科幻片里的場景，而是江蘇某企業(yè)在2021第二十屆中國北方世界自行車電動車展覽上，展現(xiàn)的兩款采用氫動力作為發(fā)電體系的樣車。
近幾年來，以固態(tài)儲氫為動力供應(yīng)的大巴車、貨車、冷藏車、備用電源等在我國相繼問世。盡管只是實驗示范項目，但仍是在氫動力圈內(nèi)引發(fā)了極大的重視。
固態(tài)儲氫改動氫氣高密度貯存和安全運用兩個難題，究竟是怎么完成的?氫氣的儲運難題一旦取得處理，氫動力將在哪些范疇發(fā)揮作用?帶著這些問題，科技日報記者5月22日采訪了江蘇省工業(yè)技能研究院集萃先進動力資料與運用技能研究所所長周少雄博士。
存儲和運送問題影響了氫能運用
化學(xué)元素氫(H)，在元素周期表中位列第一，是一切原子中最小的。
但這個無色無味的“小家伙”卻是世界中最常見的元素，氫及其同位素占到了太陽總質(zhì)量的84%，世界質(zhì)量的75%都是氫。
“咱們現(xiàn)在還生活在碳年代，可是在未來，氫能將是無足輕重的動力。”周少雄告知記者，氫資源豐厚，能夠由水制取，氫供應(yīng)燃料電池的產(chǎn)品仍是水，不僅是世界上最潔凈的動力，還能完成動力物質(zhì)循環(huán)運用、可持續(xù)發(fā)展。
當時，我國正面臨著動力安全和碳排放兩大應(yīng)戰(zhàn)，在碳中和、碳達峰的目標下，必須調(diào)整當時過度依靠化石動力的動力結(jié)構(gòu)，而將氫能納入整個動力體系中，有助于改善我國的高碳動力結(jié)構(gòu)，保障動力安全。
可是，從人類認識到氫氣能夠焚燒至今，現(xiàn)已曩昔200多年，氫能的高效運用仍然進展緩慢。
“氫能的運用，觸及制氫、儲運、運用3個環(huán)節(jié)，其間高密度安全儲運氫是首要的瓶頸問題。”周少雄說，氫在通常條件下以氣態(tài)方式存在,且易燃、易爆、易擴散，這就給氫的貯存和運送帶來了很大的困難。
現(xiàn)在，氫氣的儲運首要分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)3種方式。
氣態(tài)儲氫較為常見，可分為低壓和高壓兩種。曩昔，街頭巷尾賣氣球的小販，會載著一個大鋼瓶，這就是低壓儲氫罐。而高壓氣態(tài)儲氫最高氣壓可達70兆帕，現(xiàn)在我國常見的高壓儲氫氣壓也到達35兆帕，這就對壓力容器提出了極高要求，現(xiàn)在高壓儲氫罐采用碳纖維制造，本錢極高且要耗費較大的動力進行壓縮。
氫氣在必定的低溫下，會以液態(tài)方式存在。因而，能夠?qū)錃鈮嚎s、冷卻完成液態(tài)貯存。常溫、常壓下液氫的密度為氣態(tài)氫的845倍，但低溫液態(tài)儲氫不經(jīng)濟。氫氣液化要耗費較大的冷卻能量，并且必須運用超低溫用的特別容器，現(xiàn)在僅在貯存空間有限的場合運用，如火箭發(fā)動機等。
與化石動力或電力等其他非化石動力比較，氫能因為沒有很好地處理儲運問題，所以一向處在叫好不叫座的尷尬境地。因而，開發(fā)新型高效的儲氫資料、安全的儲氫技能對氫能的開發(fā)運用至關(guān)重要。
含鎂固態(tài)儲氫體系本錢挨近鋰電池
“固態(tài)儲氫相對于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲氫，具有體儲蓄氫密度高、工作壓力低、安全功能好等優(yōu)勢。”周少雄介紹，固態(tài)儲氫是未來高密度貯存和安全氫能運用的發(fā)展方向。
固態(tài)貯存需要用到儲氫資料，現(xiàn)在技能較為老練的儲氫資料首要是金屬合金。
儲氫合金一般由兩部分組成，一部分為吸氫元素或與氫有很強親和力的元素，它操控著儲氫量的多少，是組成儲氫合金的要害元素，首要包含鈦、鎂等;另一部分是吸氫量小或根本不吸氫的元素，常見的有鐵、鎳等。
這些合金資料與氫氣在低溫的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氫氣在其表面分解為氫原子。合金資料內(nèi)部有大量細微的晶格，氫原子擴散進入到晶格內(nèi)部空地中，構(gòu)成金屬氫化物。
想要把氫原子“開釋”出來也很簡單，只需施加必定熱量，儲氫資料就能夠析出氫氣。
周少雄告知記者，現(xiàn)在他們開發(fā)的低溫固態(tài)儲氫資料能夠存儲其體積上百倍的氫氣，因而其儲氫密度比液氫還高。這些合金資料功能非常穩(wěn)定，不會焚燒爆破，可逆性好，重復(fù)運用不低于5000次。
“以咱們開發(fā)的一種新型儲氫資料為例，首要成分是鎂和稀土元素鑭、鈰等，在爐中熔化冶煉，冷卻成型，再破碎成粉末就能夠了。”周少雄說，鎂是自然界普遍存在的一種元素，鑭、鈰在稀土元素中儲量豐厚，因而綜合本錢已逼近鋰電池。
近年來，世界各國在固態(tài)儲氫運用和新型儲氫資料的研制上取得了許多進展，老練的儲氫資料已在熱電聯(lián)供、儲能、車載燃料電池氫源體系等多個范疇得到運用，德國一家公司乃至將固態(tài)儲氫體系用于燃料電池潛艇中。
據(jù)周少雄介紹，他們最新研制的含鎂儲氫資料，貯存容量可達每立方米110千克，遠超美國動力局提出的儲氫“終極目標”，可是制約其運用的是放氫溫度過高，需要到達250℃以上?，F(xiàn)在，科學(xué)家正經(jīng)過各種方法來調(diào)控其熱力學(xué)、動力學(xué)和循環(huán)壽數(shù)功能，期望能夠提前完成商用。
氫氣變身“固態(tài)油箱”或改動未來動力格局
日本豐田、韓國現(xiàn)代等企業(yè)投入巨資、耗時數(shù)十年研制氫動力轎車，但受制于加氫站建造的瓶頸，市場推廣并不順暢。
“因為氫能儲運問題沒有處理，燃料電池本錢較高，所以氫動力轎車還處在政府補助、示范運行的階段。”周少雄說，當固態(tài)儲氫資料得到發(fā)展后，氫能運用將會有極大地改動。
比如，將固態(tài)儲氫設(shè)備與燃料電池一體化集成，可充分運用燃料電池余熱，吸熱放氫，下降體系熱能耗費，使得整個燃料電池動力體系的動力功率得以提高。
“現(xiàn)在，咱們已建成國內(nèi)唯一一條年產(chǎn)800噸儲氫資料的生產(chǎn)線，并與九號公司、永安行等企業(yè)開展合作，推出固態(tài)儲氫動力體系的摩托車、電動自行車等。”周少雄告知記者，低溫固態(tài)儲氫資料技能老練，本錢可控，整套設(shè)備全部完成國產(chǎn)化，無需政府補助也能夠完成商業(yè)化運用。
周少雄介紹，他們開發(fā)的以固態(tài)儲氫為氫源的百瓦級氫燃料電池發(fā)電體系，只需55克氫氣就能驅(qū)動自行車行進80公里，而這55克氫氣就貯存在一個普通礦泉水瓶巨細的罐子里，儲氫壓力僅相當于普通氣球。
周少雄斗膽預(yù)言：“固態(tài)儲氫罐能夠做成像干電池相同的產(chǎn)品，未來可在便利店或超市隨處購買，也能夠?qū)⑦\用完的氫動力空瓶放置存儲箱，由快遞員每日更換。”
未來，處理了儲運難題，氫能的運用不僅是備受重視的燃料電池轎車，還包含氫能發(fā)電、工業(yè)運用及建筑運用等，不僅能夠作為建筑熱電聯(lián)供電源、微網(wǎng)的牢靠電源與移動基站的備用電源，還能夠與數(shù)字化技能結(jié)合，讓以固態(tài)儲氫為氫源的氫燃料電池動力體系在無人駕駛、軍用單兵、深海配備等許多范疇發(fā)揮重要作用?？萍既請蟆∽髡撸簭垥?/span>
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