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 氢气作为一种高效、净洁、资源丰富的车用替代燃料，前景十分乐观。其关键技术是 氢气的储存。据报道，美国能源部在全部氢能研究经费中约有50%用于氢贮存。氢气贮存 方法大致可分为以下儿种：液化贮存，金属贮存，压缩贮存，吸附贮存。 车用燃料氢气的低压吸附贮存技术的研究始于70年代末，现正在加紧开发，其基本 原理是借助于多孔介质的吸附作用，在较温和的条件下（77-

2、195K,5. OMPa）,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。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3-61 ,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低压吸附贮氢的主要影响因素 低压吸附贮氢的主要影响因素有：（1）吸附剂的类型及其性能，（2）氢气的纯度，（3）吸附 贮存条件。 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）分子筛，（2） 般活性炭，（3）高比表面积活性 炭（AX

3、-21） o吸附剂贮氢特性示于图1和图2。 由图1、2可见，T=77K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。 精品资料推荐 图1三类不同吸附剂单位质量贮氢能力比较 1AX-21, 2Norit, 3BPL, 4CNS-201, 55A, 613X 图2三类不同吸附剂单位体积贮氢能力比较7 1AX-21 (0. 3g / cm3) , 2BPL (0. 47g/cm:,) 3Linde 13X (0. 25g / cm3) 1.1.2炭质吸附剂的性能 炭质吸附剂的性能(BET比

4、表面积、表面酸性及其金属改性)对其吸附贮氢量的影响如图 35所示。 箱品资料推荐 0 13 图3五种活性炭吸附贮氢量的比较（T = 78K） 1. S3E1 1012m / g 含氧量= 12. 8%； 2. SKr=1159m2 /g,含氧量=13. 3%； 3. S阳=713m/g,含氧量= 18. 6%； 4. SKr= 1559m2 / g, 含氧量=4. 6%； 5. S3Ei= 1119m / g 含氧量=7. 4% 图4 Wit。炭的表面酸性对其吸附贮氢的影响 (T = 77K, P = 2. 5N!Pa) 图3表明，除活性炭4外，其余四种活性炭吸附贮氢能力为：BET比表面积越大

5、，其吸 附贮氢量越多，但SBEI1100m2/g,贮氢量相差很小，见曲线2、4、5；活性炭4的BET比 表面积大于2. 5时，其吸附贮氢量反而比2. 5时小，这意味活性炭吸附贮氢不仅与其比表面 积有关，而且还与其它性能有关，如表面酸碱性、孔径分布。 图4表明，炭质吸附剂的表面酸性有利于吸附贮氢。通过对炭质吸附剂的表面改性，增 大其表面酸性，可提高贮氢量30% (Wt) tx0 图5表明，活性炭经金属锂改性后，其贮氢能力增强，且随压力的增大贮氢量增大；但 压力低时，(P , Int. J. Hydrogen Energy, 1989, 14 (7) : 437 8 R Chahine, et a

6、l. , Int J Hydrogen Energy, 1994, 19 (2) : 161 9 R K Agarwal, et al. , Carbon, 1987, 25 (2) ： 219 10 J s Noh, et al. , Int. J. Hydrogen Energy, 1987, 12 (10) : 693 11 James A Schwarz, et &1, us Patent 4716736 (1988) 12 James A Schwarz, et al， US Patent 4960450 (1990) 13 K A G Amankwah, et al J Hydro

7、gen Energy, 1991, 16 (5) : 339 14 Peter Hoffman. Hydrogen & Fuel Cell Letter, 1997, 7 (2) : 1 15 Set Phen Hill. New Scientist, 1996, 12, 211 / 28： 20 RESEARCH AND DEVELOPMENT OF LOW-PRESSURE ADSORPTION STORAGE HYDROGEN GAS AS A VEHICLES FUEL Zou Yong Han Buxin Yan Heike (Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080) AbstracIn this paper the lowpressure adsorption storage hydrogen gas technology is critically examined- Research areas which may make a sign