椎名空2017步兵:转载:氢能源的开发与利用 氢气储藏与制造技术

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 [转]氢能源的开发与利用 (2008-07-23 13:14:19)
标签：氢气 氢能源 液氢 燃料 中国 杂谈 
分类：关注当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。
　　氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点：
　　l、重量最轻的元素。标准状态下，密度为 0.8999g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。
　　2、导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。
　　3、自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的 75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。
　　4、除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。
　　5、燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。
　　6、无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁滁生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。
　　7、利用形式多。既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。
　　8、可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。
　　9、可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。
　　10、氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。
　　11、氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。
　　时至今日，氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。
　　目前，世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。如今世界上有50多个实验室在进行研究，至今尚未有重大突破，但它蕴育着广阔的前景。
　　发展氢能源，将为建立一个美好、无污染的新世界迈出重要一步。
    在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。
    氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。
在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。泥土里约有1.5％的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70％为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
    氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。
氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了110公里。
     用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机作多大的改进。
    氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。
      另外，使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。
      现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法。
    随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。例如，二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。
   本世纪70年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。
   科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物，通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。现在，人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。
引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗五毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。
   美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。
   对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。
   参考资料：http://zhidao.baidu.com/question/4491919.html
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环球科学（科学美国人）  地址：http://blog.sina.com.cn/sciam

正文 用阳光来制造氢气 (2006-06-12 11:17:44) 
改造纳米管，让阳光更有效地把水分解为氢！

撰文  埃里克·斯莫利（Eric Smalley）
　　通往氢经济（hydrogen economy）的道路正在变得更加“光明”。现在，分解水分子释放氢气的纳米管可以更有效地工作，而且，它们很快就能利用阳光中的可见光部分了。
　　工程师可采用3种技术，利用阳光来分解水：一种是太阳能电池，它保持着水分解效率的记录，但却相当昂贵。另一种方法使用了微生物，它并不昂贵，但目前只能产生极少量的氢气。第三种选择是光催化法，它依赖于半导体中短暂出现的游离电子（freed electrons）。与水分子接触的电子会替换氢-氧化学键中的电子。这样，它们就能将水分解，产生氢气。光催化剂可能比太阳能电池更便宜，产生的氢气也比微生物法产生的氢气更多。
　　问题在于，用于水分解的光催化剂必须在水中才能工作，而且，它们只对紫外线发生反应，而紫外线在阳光中只占大约4%。那些能够吸收阳光辐射中更丰富的可见光部分的物质，本身又容易在水中分解。
　　科学家已经转而使用二氧化钛纳米管来解决效率问题。管状二氧化钛的效率，约为传统薄膜状二氧化钛的5倍，因为管状的外形可以使电子更持久地保持自由状态。因此，一个电子拥有更多机会来分解一个水分子。
      美国宾夕法尼亚州立大学电气工程师克雷姆·格里姆斯（Craig Grimes）和他的团队，已经利用6微米长的二氧化钛纳米管，将紫外线到氢气的转换效率提升到了12%以上。在1瓦特紫外线的照射下，纳米管每小时可以产生80毫升的氢气，这是纯光催化系统的最高效率记录。
　　现在，两个科研团队—美国得克萨斯大学奥斯汀分校的化学家艾伦·巴德（Allen Bard）和同事，以及宾夕法尼亚州立大学的研究者—已经开始设计能够对可见光发生反应的二氧化钛纳米管。他们把碳加到二氧化钛纳米管中，使纳米管吸收的光波波长向电磁波谱的可见光部分偏移。巴德说，在一种人造的紫外线和可见光的混合光源照射下，这种偏移令水分解的效率增加了1倍。他们的下一步计划是，开发一种能够在纯可见光下仍然保持高效的纳米管材料。
　　这两个团队的目标是，将二氧化钛纳米管在可见光中的水分解效率提升到10%以上，这是美国能源部2010年的目标。格里姆斯进行过计算，如果用一种在可见光下效率可达12%的光催化剂，来覆盖美国一户普通人家的屋顶，那么，它每天制造的氢气，就相当于约11升汽油。（译/Joy  校/孙婷）
来源：《环球科学》第六期
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能源科学-向水要氢能源

www.bjkp.gov.cn/GKJQY/nykx/k11003-02.htm -
　　在发展未来的动力预测中，人们对理想的未来的主要能源之棗氢，越来越重视了，有的科学家甚至将21世纪称为氢能源水域的上空，刮过一阵凶猛的大风。大风过后，数千米的海面上，突然燃起了通天大火。大火引起的原因，是由于那阵以每小时200公里疾驰的大风与海水发生猛烈摩擦，产生了很高的热量，将水中的氢原子和氧原子分离，并通过大风里电荷的作用，使氢离子发生爆炸，从而形成了“火海”。
　　据科学家估算，这场“火海”所释放出的能量，相当于200颗氢弹爆炸时所产生的全部能量。氢气不仅可以燃烧，而且燃烧时产生的热量很高。氢气在空气中燃烧，可达到1000T的高温；氢气在氧气中燃烧，可达2800℃的高温，它产生的热量比汽油高得多，每升氢放出的热量为1千克汽油的3－4倍。
　　若将氢气冷却至一240℃以下，再经过加压，氢就变成一种无色的液体棗液态氢。这是火箭、火车、飞机、轮船、汽车等的极佳燃料。例如汽车用它作燃料，110公里只需消耗5000克氢气。而且氢能具有很多优点：
　　1．氢的放热效率高，燃烧1克氢可以放出14万焦耳的热量，约为燃烧1克汽油放热的3倍，并可以循环使用。
　　2．氢的原料主要是水，在1个水分子中就有两个氢原子，所以资源非常丰富。因为，占地球表面71％的水中都含有大量的氢。
　　3．氢气在燃烧过程中，除释放出巨大的能量外，产生的废物只有水，不会造成环境污染，因而又被称为“清洁燃料”。
　　4．氢气的重量轻、密度小、便于运送和携带，容易储藏，与难储存的电相比，优越性更为显著。
　　5．氢的用途极为广泛，它不但能燃烧生热，而且还可以产生化学能，并作为吸热的工质等。
　　氢具有这么多优点，那么用什么方法来制取和利用呢？
　　传统的制氢方法棗电解水制氢及高压、高温制氢，都需要消耗大量的电能和煤或天然气，消耗的能量比燃烧这种燃料所产生的能量还要多。这种费用上的不划算使它只适用于专门用途，如推进太空火箭或在航天器中维持燃料电池。科研人员经过多年的研究，已寻找出两种较为方便的制氢方法：
　　其一，是光电化学电池分解水制氢。利用太阳光照射到半导体氧化钛表面时，在氧化钛上产生的电流会使水分解，产生氢气，效率已达12％，是一种很有前途的制氢方法。
　　其二，是生物制氢，人工模仿植物光合作用分解水制取氢气。目前，美国、英国用1克叶绿素每小时可产生1升的氢气，它的转化效率高达 75％。
　　根据目前科学家的研究，制取氢的原料除水以外，还可利用微生物产生氢气。这方面的最初探索，大概在1942年前后。科学家们首先发现一些藻类的完整细胞，可以利用阳光产生氢气流。7年之后，又有科学家通过实验证明某些具有光合作用的菌类也能产生氢气。此后，许多科学工作者从不同角度展开了利用微生物产生氢气的研究。近年来，已查明有16种绿藻和3种红藻类有产生氢的能力。藻类主要是通过自身产生的脱氢酶，利用取之不尽的水和无偿的太阳能来产生氢气。不妨说，这是太阳能在微生物作用下，转换利用的一种形式，这个产氢过程可以在 15－40℃的较低温度下进行。
　　科学家们把具有产生氢气能力的细菌划分为4个类型：
　　一种是依靠发酵过程而生长的严格厌氧细菌；第二种是能在通气条件下发酵和呼吸的兼性厌氧细菌；第三种是能进行厌氧呼吸的严格厌氧菌；第四种是光合细菌。
　　前三类细菌都能够利用有机物，从而获取其生命活动所需要的能量，被称做“化能异养菌”。第四类的光合细菌，可以利用太阳提供的能量，属自养细菌范畴。近年来发现有30种化能异养菌可以发酵糖类、醇类、有机酸等产生氢气，其中有些细菌产氢气能力较强。一种叫酪酸梭状芽抱杆菌的细菌，发酵1克重的葡萄糖可以产生约l／4升的氢气。
　　在未来的年代，随着科学技术的发展，自然界的各种形式的碳水化合物，都可以转化为廉价的葡萄糖，从长远观点看，这条生产氢气的途径是值得探求的。为人们熟悉的大肠杆菌以及产气杆菌，某些芽抱杆菌、反刍动物瘤胃中的很多种细菌，大都具有不同程度的产氢气能力。在光合细菌中，发现约13种紫色硫细菌和紫色非硫细菌可以产生氢气，这部分细菌可利用有机物或硫化物，有的在光照下，有的并不一定需要光的照射，经过一系列生化反应而生成氢气。
　　利用微生物生产氢气，在一些国家曾做了中间工厂的试验性生产，结果令人满意。采用活力强的产气夹膜杆菌，在容积为10升的发酵器中，经8小时发酵作用后，产生约45升氢气，最大产氢气速度为每小时18－23升。人们期待着用遗传变异手段大幅度提高微生物产氢气能力，为利用微生物生产氢气尽早投入实际生产和应用创造条件。
　　在利用微生物生产氢气的探索道路上，需要科学家们不断寻找产生氢气能力高的各种微生物，深入研究微生物产氢的原理和条件，在上面各项工作的基础上，设计出相应的大规模生产装置系统，达到高产、稳产、成本低三项指标。虽然利用微生物生产氢气燃料，目前尚处于研究探索或小规模试产阶段，离大规模工业化生产尚有不小距离。但是，有关这方面的研究进展，为我们展现了利用微生物生产清洁燃料棗氢气的广阔前景。
　　那么用什么方法来储存氢气呢？氢的储存和携带也很困难。若把它压缩到容积为40升的钢瓶中，加到150个大气压时，钢瓶内才能容0．5千克的氢；若把氢液化又需消耗大量的能量。为此，科研人员经过多年研究，已找出了几种携带和储存氢气的好方法。这些方法是：
　　第一种：用海绵状的吸氢金属将氢储存起来，使用时吸氢金属将氢放出。这种方法既减轻重量，便于携带，又可储存较多的氢。
　　第二种：利用某些金属氢化物（例如钒化氢）可以随温度变化的特点来储存和放出氢气。当温度由25℃升高到200℃时，钒化氢放出氢的压力就由1．9个大气压急剧升高到870个大气压。
　　上述制造和储存氢气的方法正在改进和推广过程中，可以预见氢能在下一个世纪中缓解能源紧张中显露头角，建功立业。
　　目前，氢能源的发展由于制造氢的价格昂贵而受到制约，它比矿物燃料要贵2－3倍。同时氢的密度很低、体积大，要缩小体积，需在零下252℃的极低温和高压下进行，仅此一项作业就要消耗大量的能源。目前一些国家都在研究使用氢的发动机，研制用氢作燃料的汽车和飞机。此外，开发、运输和储存技术也还有待进一步解决。
摘自《能源趣览》http://www.bjkp.gov.cn/GKJQY/nykx/k11003-02.htm
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倪既民的新思与发明  地址：http://blog.sina.com.cn/nijimin

科技永远光明： (2008-07-25 15:03:51)
标签：氢气 氢化物 替代品 镍电池 奥弗辛斯基  
科技永远光明： 氢时代步步走来
     长久以来，科学家一直认为氢气是燃油的“终极”替代品。除了零污染外，氢也是全宇宙中最多的元素。然而，如何从可替代物品中提炼氢以及如何安全存放氢气一直都是无法解决的难题。随着氢的生产和储存技术的不断完善，氢替代汽油成为新能源之首的年代即将降临。
    著名金属氢化物镍(Nickel)科技发明人奥弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)在最新一期《国际核与氢生产与应用期刊》（International Journal of Nuclear Hydrogen Production and Applications）上发表文章表示，氢替代汽油成为新能源之首的年代即将降临。目前氢气年代所需的所有科技已经成熟，氢能源的普及指日可待。
     身为奥弗辛斯基创新集团（Ovshinsky Innovation LLC）总裁的奥弗辛斯基在文章中表示：“从矿物质燃料转用氢气将需要许多新的材料研究”。然而他认为，全球经济乃建立于源基础上，社会现在最需要的就是一个非污染的能源替代品。因此，对于这方面目前的欠缺，奥弗辛斯基表示乐观：“新的科技与技术是应人们的需要而生的”。
     奥弗辛斯基认为，目前油电混合动力车内所使用的金属氢化物镍电池已经为氢气时代揭开序幕。通过固体氢化物储存氢气将能够使氢气生产、使用、存放等通过目前的科技达到。因此他认为，尽管一些批评者认为氢气年代仍然太遥远，氢气替代燃油成为新一代能源之首是必须，也是理所当然的，而且为期并不遥远。
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化学：氢气储存新选择，燃料电池车指日可待！
 http://www.tlpsr.com/manage/infor_list.asp?id=3553
2007年3月7日  
编辑 Lucas H. C. Chao 报导
     加州柏克莱大学Jeffery R. Long 教授领导的研究小组成功合成出一种新的吸附材料，由于其化学环境的特殊性，使它对于氢气的吸附有很不错的效果，甚至已经超越了美国国家能源部(U. S. Department of Energy)对氢气吸附的2010年的目标。此新颖材料的发现，亦提示了气体储存材料的研究新方向。
     有鉴于发展干净能源以替代石化燃料，美国国家能源部期望于2010年对于氢气吸附与储存能达到6.0 wt % 、45 g/L 的目标，于2015年前提升到9.0 wt %、81 g/L。并配合其他相关领域，以期发展氢气燃料电池( Fuel Cell)。近年来，气体储存研究有三个方向，高压液化氢气槽(High-pressure and liquefied hydrogen tank)、金属氢化物(Metal hydride)、碳基吸附剂(Carbon-based adsorbents )，此三类共同特性为多孔性且具有非常大的表面积，因此可用于吸附大量的气体。其中，金属—有机配位子结构(Metal-Organic Frameworks)从众多材料中脱颖而出。此新颖材料乃利用金属离子与有机配位子键结成三度空间延伸的固体，其具有较大的表面积，进而提供空间吸附气体。
       Jeffery R. Long 所领导的研究小组利用一种三向桥接的有机配位子(Tritopic Bridge Ligand )与锰金属合成出金属—有机配位子结构，并且成功获得晶体结构。因其锰金属中心具有配位空间未饱和的特性(Coordinatively Unsaturated Metal Center )，使得氢气进入结构中，能被金属中心吸引，进而吸附在结构中。实做吸附实验，发现在 77K、 90 bar环境下氢气吸附达 6.9 wt %、 60 g/L、 85 %的储存密度，已达到美国国家能源部期望的2010年的目标。这项研究成果发表于2006年12月的Journal of the American Chemical Society。
     以氢负离子(hydride)或是氢分子配位(Binding)在金属上的错合物，过往研究中大多使用过渡金属第二周期以后的元素。但因成本昂贵，较无法商用化。自然界中，已知的氢化酵素(Hydrogenase )多以第一列过渡元素铁(Fe)、镍(Ni)金属为活性中心。虽然根据研究此两种元素行催化反应时会经过含有氢负离子的过渡态，但因其反应性很强，较适合拿来作为燃料电池材料使用，目前这方面尚待研究阐明机制。Jeffery R. Long 等人则成功使用锰(Mn)当作材料，相较于其他昂贵的元素，锰在成本上亦降低很多，对于商用化较具潜力。
     此研究的成员亦有来自General Moters Corp.的人员参与。2006年12月商业周刊亦对General Moters Corp.在燃料电池车领域上卷土重来的报导，似乎揭示了燃料电池车在未来量产可行性。或许，经由不断改良开发新颖材料，用以替代现有成本昂贵的材料，达到量产的条件，那么燃料电池车也就能达到提前亮相的时候了。
    原始论文：J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16876-16883
     参考来源： ACS Publications, Journal of the American Chemical Society: Hydrogen Storage in a Microporous Metal-Organic Framework wi 
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     多元化材料下的燃料电池技术(1)
掌握氢气燃料电池关键的氢气储藏与运输技术    2007/02/12
    （卢庆儒／DigiTimes.com）石油对于人类影响的历史，时间出人意料的长，从公元前开始，就已开始使用石油了，例如在公元前4,000年的美索不达米亚的石油已经被当作雕刻的材料，另在公元前2,500年，石油也被用来作为木乃伊的防腐剂等等。不过，对于石油的真正应用是从20世纪初期才开始，而石油现在已成为人类生活中的重要能源了。以目前来说，现今有40%的石油是作为热源或发电之用，另外的40%为汽车和飞机等，而剩下的20%，则是被应用于清洁剂、塑料和化学纤维的原料等。
    所以如果没有了石油的话，全球会成为怎样的情景？关于石化原料蕴藏量的预测众说纷纭，有一种预测推估，如果快得话，再过40年就会出现石油耗尽的危机。也有一种说法认为，其实可以利用二次回收、三次回收等方式后，可以开采的石油量，应该在40年以上。不过，很多人都不愿意去想象石油耗尽的环境，因为好像又回到17世纪，没有电力照明、没有空调、没有飞机…。目前地球上的人们，接受了很多石油所带来的便利与舒适，所以在预期到石油将枯竭的此刻，就不得不思考如何发展次世代无污染能源的技术了。
      氢气是非常洁净的燃料　但处理起来却相当棘手
     今天大家公认的次世代无污染能源就是导入太阳能和风能，或是可以再生利用的能源。当然把各种元素作为燃料的燃料电池，也是解决的方法之一。不过以目前的燃料电池领域而言，仍有很多不同的种类和技术倍受期待的应用，其中最受市场瞩目的是，在低温的情况下就可立即启动的固体高分子燃料电池。固体高分子燃料电池是利用在电极和隔离板之间，夹住电解质膜而所构成的电池，把这种电池进行多层堆叠后，所呈现的产品就被称为燃料电池Stack。
      固体高分子燃料电池的用途可以大体上分为三大方向，分别为：定置用燃料电池、可携式用燃料电池、汽车用燃料电池。以目前而言，各种技术的燃料电池已经陆续展开实验生产，甚至已开始销售。例如被认为是条件要求最苛刻的燃料电池汽车，早已行驶在一般的道路上了。而各个汽车业者从1980年代时就开始研发，并相继进行实地行驶试验。并于2005年6月，本田和丰田一起取得了认证，也在同年的秋天，发表了舒适性和设计都更新了的燃料电池概念车。
     但是大多数的业者都认为，这一方面的发电技术问题，只要经过一段时间之后，相信都会被解决和克服，但是真正的问题是在氢气的储藏技术问题。关于这一点，业者却也都承认这实在是太困难了。所以依照这样的情况，如果只让汽车业者独自开发并且解决问题，那么相信是非常艰钜的一项工程。甚至有人认为，如果无法联合全球的技术来开发的话，那么氢气发电无论到那一天都不可能会实现。
     而就根本来看，氢气确实是一种具有相当洁净性的燃料，不过处理起来却是相当棘手，如果寄望氢气能够被安全且有效的应用，那么只有等待储藏、运输、供给等等的技术都确定以后，氢气燃料发电才可能有未来性。
     每种氢气储藏技术都有其优缺点
    以现有的技术能力来看，氢气的储藏技术主要有高压氢气、液态氢气、氢气吸收合金、奈米材料（奈米碳管）、有机氢气化合物等等的技术正在被开发中，当然每种氢气储藏技术都有其优缺点，目前所有的氢气储藏技术中，相对比较优异的方式是氢气吸收合金技术。以燃料电池车为例，在刚开始时也是利用的氢气吸收合金技术，但是氢气吸收合金技术最大的问题在于太重，很难被应用在汽车等等交通工具或可携式的产品上。当然，随著高压技术的开发趋近成熟之后，现在燃料电池车大多是采高压氢气的技术，但是就长远来看，这并非是最佳的方式。
     不过，最近又有一种新的技术倍受产业所关注，那就是有机氢气化合物的技术。有机氢气化合物指的是，透过白金系的触媒的作用，让芳香族炭化氢气与氢气结合，而成为环状饱和炭化氢气，简单的来说，其基本的成分结构可以想象成与石油或者灯油是相同的。利用有机氢气化合物作为氢气储藏材料，有著相当多的优点，例如氢气储藏能力相当高，价格也相对便宜，每公斤只有11.5美元左右，有机氢气化合物本身可以成为燃料，氢气领域中的芳香族炭化氢气更可以进行回收利用。不过，最大的优处是在常温常压下，有机氢气化合物就是液态，所以可以利用加充、油罐等方式填充，使用感觉上与汽油并没有不同。
     图说：发电技术问题，只要经过一段时间之后，相信都会被解决和克服，但是真正的问题是在氢气的储藏技术问题。（资料来源：Ovonic-hydrogen）
日本北海道大学　开发出独特的触媒制造氢气技术
     目前全球研究有机氢气化合物最深入的是日本北海道大学的市川胜教授。其实芳香族炭化氢气可以吸收氢气变为有机氢气化合物的原理，很久以前就被发现，但是市川胜教授的研究特色是，把这个原理应用于氢气的储藏运输上，而提出利用独特触媒制造氢气的技术。而「有机氢气化合物」也是由市川胜教授所命名的。市川胜教授是透过改良固体高分子型燃料电池的电极触媒，可以从有机氢气化合物当中供应氢气，启动温度在80℃的情况下，可以得到氢气的一半的输出密度，这与DMFC相比有更高的输出，利用3块电池就可以获得10W的总输出电力。此外，在这种燃料电池中通电的话，透过水的电分解可以产生氢气，把它作为蓄池进行储藏，换句话说就是可以进行充电。市川胜教授发明了可以从有机氢气化合物中提取氢气的方法与设备-喷嘴喷雾型反应器，并且吸引了相当多的企业投入共同研究。例如，三菱化学已经宣布，将从2008年开始，将研究这项技术的量业化。
    有机氢气化合物的高速制造过程
      由于有机氢气化合物是利用气相法和液相法来获得所需要化学反应，透过芳香族炭化氢气，和氢气化合得到的。也就是说，在固体触媒的白金上，加热到200℃以上，使气体化的 Pd与氢气发生反应，这就是气相法，但是缺点是需要高温，并且在反应过程中被破坏的一部分会降低触媒的活性。另外，当化合反应一旦结束后，就会产生成其它的物质。而液相法，则是把材料在有机溶媒中溶化，在液体中使气体的氢气在固体的触媒上发生反应，虽然反应时是低温，但是反应的速度相当慢，并且在使用蒸馏方式把有机溶媒进行分离时，就需要很高的温度，而且也会出现很多一些与氢气进行化合的多余物质。
    所以，在这种背景下，就必须寻找出简单快捷产生有机氢气化合物的技术，目前日本产业技术综合研究所的化学过程研究中心就全力投入这方面的开发，目前提出的方法是用二氧化碳代替溶媒。日本产业技术综合研究所的方式是，在50cc的密闭容器中，加入二氧化碳、氢气、固体触媒之后，再升温、升压到60℃以及10MPa。在变为超临界状态的二氧化碳中，与氢气进行反应，而产生氢气化合物。当反应结束后，再进行降温和降压的动作，密闭容器中就会分离出二氧化碳、液体、触媒，把气体压出之后，再运用物理方法就可以简单地取出。其中重点是应用二氧化碳的超临界状态，因为超临界二氧化碳可以在相对来说比较宽松的条件下产生。虽然二氧化碳是地球温室化的元凶，但是仍然有溶媒代替材料等有效使用的用途。
    图说：虽然二氧化碳是地球温室化的元凶，但是仍然有溶媒代替材料等有效使用的用途。（资料来源：NOAA）
     有机氢气化合物与其它的氢气储藏技术相比，是可以发挥优良的氢气储藏性能，也可以完全利用现有石油的机制。并应用有机氢气化合物的技术，将燃料电池的体积所小到应用在汽车上。就以今天的技术而言，在各式各样的氢气储藏技术当中，氢气化合物技术发挥了相当高的储藏与运输能力。当然，氢气储藏技术应用在燃料电池方面，也已经获得一些应用的认同，例如在燃料电池车上的应用方面，目前最主流的技术除了高压氢气之外，另一个就是有机氢气化合物。
     虽然可以看的到一线曙光，但是对于燃料电池车而言，真正的普及还需要花上很长的时间。不过即使氢气运输设备的开发，和成本降低方面需要很长时间，但是各个相关业者都以2010年为目标，期望在此之前开发出实用化的产品。另一方面，燃料电池车所需要的氢气引擎的相关技术也正在被积极的开发之中，例如，马自达正在开发汽油和氢气都可以进行运转的氢气引擎，而BMW加紧进行氢气引擎的开发，期望能够在2007年将氢气引擎的商品化，实际的运用在新一代的车款之中。
      丰田汽车实现车用5kg氢储藏瓶
     2006年4月在美国旧金山所举办的美国材料学会春季会议上，丰田汽车发表了关于氢气燃料车的相关技术报告，在报告中丰田汽车开发出容积为180L的混合式高压氢气储藏瓶，在承受35MPa的压力下可以储存2.2wt%的氢气，更令人讶异的是在五分钟内，这个混合式高压氢气储藏瓶就可加满80%的氢气，使的现场的听众个个惊讶不已。其实，最受听众关注的是，这个混合式高压氢气储藏瓶可以储存符合当前5公斤的氢气的条件，整个的储氢瓶重量只有230kg，乘以2.2%之后正好是5公斤。
      在2004年丰田曾经公布了高压氢气储藏瓶的相关技术，以往丰田是使用AB2的铬锰钛合金结晶构造，储存量只有为1.9wt%，而这次所采用的技术是钒钼铬钛合金，储存量可以大幅的提高到2.5wt%，达到了实用的水平。而在常温下，储氢方法大致分为两种，材料吸附储氢和高压氢气储藏。储氢材料有合金、无机类和有机类，其中应用方便的合金储氢，这也是目前最先进的技术。合金储藏的优点是单位体积的氢吸附量相当大，不过唯一的缺点就是过重。高压氢气储藏瓶虽然轻，但是容量又不大。而丰田的混合式正是融合了两者的优点，来实现5公斤储氢量的目标。
     NEDO的氢储藏瓶技术　被称为瓶中帆船
    日本新能源产业技术综合开发部（NEDO）也进行了相当多与氢气利用相关的技术开发。在2004年便制定了三年计画，致力开发混合式的氢气储藏设备，订下了期望能够在10分钟内加满90%氢气的目标。为了这个研究计划，日本新能源产业技术综合开发部招集了各领域的业者共同加入开发，例如日本重化学工业主要是针对合金作开发、Samtech负责储藏容器、日本汽车研究所负责整体的测试工作等等。计画的第一年，AISHIN精密开发出可以达到氢气吸附量为2.2wt%的钽钒铬合金，提供制造内芯整体元件。  
      前述的丰田的氢气瓶是先分别制作瓶身和瓶口金属盖，然后再熔接做密封处理。而日本新能源产业技术综合开发部的高压氢气储藏瓶则是整体型的，比较适合量产，但是日本新能源产业技术综合开发部所开发的高压氢气储藏瓶，是属于高耐用型的，制造时需要装入比瓶口更粗的内芯再封口，因此技术难度很高，有人把这个技术比喻为制作瓶中的帆船。
     不过混合式高压氢气储藏瓶的问题点是热交换器的功率，因为在充气的时候，会产生大量的热效应，所以必须进行散热，而且不能让热量积聚在狭窄的空间。但是为了散热把瓶口加大的话，氢气瓶的强度会下降，这么一来如果要生产出最佳散热的储存器，首先要实现3wt%的氢气吸附量，但是以目前的技术而言，这还是一件相当困难的事情。
   高压氢气储藏瓶　挑战70MPa的跨栏
     对于燃料电池车来说，1公斤氢气可以行驶100公里的距离，所以根据日本新能源产业技术综合开发部的看法是，目前车载的极限是3公斤的氢气，也就是说最远只可以行驶到300公里。因此在行使的距离上，还是相当的有限，因为如果不能实现远距离的行驶，那么相信燃料电池车应该是不可能被消费者所广泛接受，因此，日本新能源产业技术综合开发部设定了10年的开发目标，期望能够达到可车载5公斤的氢气，也就是说能够让燃料电池车行驶到500公里的距离，这样的行车距离，就相当接近今天汽车的汽油可纳量。但是，要完成这样梦想的前提是必须要能够开发出承压70MPa、储氢6wt%的高压容器。
     把现在35MPa的耐压能力，一下子提高到2倍的70MPa，是一道很难跨越的栅栏，以目前的环境而言，35MPa的耐压容器材料，可以相当方便的在现有市场中采购，但是能够符合70PMa的材料就必须进行特殊开发了。因此混合式高压氢气储藏瓶的技术发展，相当受到业界的关心。而目前所期望达到的70MPa耐压容器材料，市场上有一些业者正在积极的开发中，例如JFE钢铁等业者从2003年，便开始进行70MPa耐压容器材料的开发工作，JFE钢铁把以铝合金为内壁的碳纤维复合容器（V3）作为基本设计，由关系企业JFE科技研发生产，而自行生产70MPa所需要的的加压机，则是借用加拿大电力局旗下动力科技研究所的实验设备进行实验。
    JFE钢铁朝向快速充气、氢气脆化、密封性能等等技术进行研发。例如，因为快速充气而所引起升温现象，过去的的容器在20分钟内，从1MPa加压到70MPa时，仅能升温到摄氏30度，而新的容器则有能力达到60摄氏度，在容器外部的温度基本不变情况下，来提高内壁的热容量，抑制氢气升温。不过耐压70MPa容器的最大弱点就是，即使把气压提高到2倍，因为分子的粘性增强，储藏量只能增加到1.7倍。还有一种看法是，认为如果外容积相同，因为容器壁厚增加的缘故，储藏量仅能达到1.4倍，这样的数字表现还是离奇望值有段不短的距离。
      图说：把现在35MPa的耐压能力，一下子提高到2倍的70MPa，是一道很难跨越的栅栏。（资料来源：Ethergas）
     期望成为代替原来的石化燃料能源，市场都在期待著利用氢气电力能源实用化的到来。虽然利用氢气发点会产生NOX和CO2等等无直接伤害的副产品。但是对于整体利用而言却也相当的危险，并且很难广泛的被应用，所以做到利用氢气作为发电燃料，事实上对于应该采用什么方法进行储藏，搬运和供给就会变成一个大问题，所以关于储藏和运输技术都成了相当关键的一环。
 www.digitimes.com.tw/gate/gb/tech.digitimes.com.tw/
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用氢气产生电能的新型生物燃料电池
国际能源网  2007-4-24 9:21:32  
    这一研究结果是在为期一周的美国化学学会第233届全国会议上被报道的，该协会是全世界最大的科学学会。FraserArmstrong博士讲述了他在牛津大学的研究小组用氢化酶构建了生物燃料电池，氢化酶由细菌在自然状态下产生，用于新陈代谢过程中的氢利用或氧化。电池由一个装有普通空气的容器和两个表面覆盖酶的电极构成，容器中加入了3%的氢。
　　4%的氢气容易引起爆炸，而电池的浓度刚好低于这一危险界限。研究首次显示了在空气中如此低浓度的氢气也可能产生电能，Armstrong说。已生产的电池原型产生的电量足够带动手表和其它一些电器。Armstrong预测改进型作为潜在的能源为其它一系列低耗电量的电器产品提供电能。“这一技术有充分的发展余地，”Armstrong说，“我们发现的只是冰山一角，将来会有重要的结果，但是这一代以酶为基础的电池要商品化还有大量的工作要做。尽管其他的一些科学家将酶作为电催化剂来研究已有多年，但用耐氧氢化酶来从氢气中获得电能的思路还是全新的。大多氢化酶具有脆弱的活性位点，甚至能被痕量的氧所破坏，但是耐氧氢化酶已经进化出了抵抗能力。”
　　Fraser解释到，生物燃料电池相比传统燃料电池具有一些优点，后者不经过燃烧即可将燃料中的化学能转变成电能。氢燃料电池利用氢气和氧气，水是产生的唯一废品。铂是传统燃料电池中用到的最普通的催化剂，这使得装置成本昂贵并在很大程度上限制了其使用。
　　Armstrong指出，在自然状态下产生氢化酶的成本很低，不会出现一氧化碳中毒的问题。因为氢化酶具有化学选择性和耐受性，它们在氢气和氧气混合物中起作用，避免了使用其它类型燃料电池需要的昂贵燃料分离膜。而且，氢化酶催化效率与铂催化剂相同。
 http://www.in-en.com/newenergy/technology/2007/04/INEN_84182.html
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  中日研发氢能混合动力车 有望明年推市场 (2008-06-25 12:56:16)
    6月24日由中国企业与日本科技人员合作研发的氢能混合动力车日前在日本北海道举行的节能环保综合展上亮相，受到各界的瞩目。据了解，这种氢能混合动力车的技术有望于明年正式在中国市场上推出。
　　由总部位于香港的中港印能源集团有限公司与日本科研人员合作，将氢气转化为液态的有机氢化物。由于有机氢化物性质稳定，可在常温常压下存储和运输，通过转换装置又可再次转化为氢气作为能源使用，有效地解决了氢气存储运输过程中易燃易爆的问题。
　　据中港印能源集团有限公司主席兼行政总裁区可华介绍，此项技术在全世界都处于领先地位，为氢能混合动力车的市场化扫清了最后的障碍。其研发的氢能混合动力车通过在汽油中混入百分之六的液态氢，即可达到减少排放三成的二氧化碳并节省百分之五十的汽油的效果，而汽车的正常行驶将不受任何影响。　　
　　在此次节能环保展上，中日联手研发的氢能混合动力车一经亮相即受到各方关注。《环境新闻》等日本媒体纷纷对其进行报道，众多参观者也好奇地钻进车内看个究竟。
　　据悉，此次北海道节能环保综合展是为迎接将于下月初举行的洞爷湖八国首脑峰会而特别举办的。该展于六月十九日至二十一日在日本北海道中心城市札幌举办，有来自世界各国的三百三十多家企业参展，参观者超过八万人次。中港印能源集团有限公司是此次参展的唯一中国企业。

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仪器仪表的博客  地址：http://blog.sina.com.cn/dfdke
 
正文 氢气发生器      型号：M295488 (2008-08-03 10:05:13)
标签：氢气发生器 电解池 mpa 杂谈   
技术指标
氢气流量：0~500ml/min
氢气纯度：优于99.999%
输出压力：0~0.6MPa/cm
压力稳定性：优于0.001 MPa
电源电压：220V±10% 50/60Hz
最大消耗功率：200W；
环境温度：1~38℃
外形尺寸：330＊180＊340mm(L×W×H)
重量：约10kg
仪器用途:
氢气发生器被广泛应用于石油、化工、电力、公安、环保、食品、商检、制药、生物工程、烟草、环保、出入境检验检疫、疾病控制、科研院校等实验室。适用于国内、外生产的各种型号的气相色谱仪，可同时或单独产生高纯氮、高纯氢和纯净空气，取代高压气瓶。保证实验室用氢气、氮气、氧气的要求。
工作原理:
电解水产生氢气，在电场作用下，电解池阳极产生氧气，阴极产生氢气，氧气经液路被放在大气中，而氢气则进入净化系统干燥后输出供色谱仪使用。
1、安 全：
①低压产气，
②气路系统设有过压保护确保使用安全。
③气液分离装置，可保证气液分离并使液体在压力作用下自动返回液罐，绝无返液现象。
④开机时能自动排空，使用时性能稳定。恒定输出，流量稳定，纯度不衰减；
⑤断电具有自动关闭气路功能。
2、省 力：
无运输钢瓶之麻烦，省搬动钢瓶之劳苦。轻按开关即可产气，寿命长，可连续使用，也可间断使用。
3、自控系统：
仪器程序控制采用了高灵敏度、微电脑自动跟踪系统，取消了稳压阀，实现了自动恒压、恒流，使压力稳定精度范围小于0.001MPa，并可按所需气流量，自动跟踪调节，无需调整，精准可靠。
4、结构：
筒状电解池，电解制氢，排氧，储液一体化，电解池采用优质不锈钢结构及先进的电解膜分离技术，体积小、重量轻，坚固不易老化。电解液直接加入内筒中，内筒多孔均匀分布，进液、排氧同时进行，无阻循环，电解面积大，池温低，制氢量大，纯度高，使用寿命长。
5、售后服务：
可以根据用户要求加工生产。产品做到三包。在用户遵守使用规定的条件下，仪器保修壹年。终身提供维修。如果仪器在运输中发生损坏，免费调换。保修期内有质量问题，免费修理。如因用户使用不当造成零件损坏，由用户负责付讫修理费用及零件费用