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中国稀金谷大数据

2022-04-13

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能源是社会发展和人民生活水平提高的重要物质基础之一。20世纪以来，一方面，煤、石油、天然气等化石能源的日益枯竭使人类面临“世界能源危机”；另一方面，化石能源所造成的环境污染问题如酸雨、温室效应等，严重影响了人类的生存与发展，而且有愈演愈烈的趋势。

因此，寻找一种可替代传统碳氢化合物能源的新能源已成为各国科学家为之奋斗的目标。在此形势下，氢能源的开发和利用引起了人们极大的兴趣。基于能源发展的现状，美国能源部提出了“氢经济”的概念，其根本目的就是使能源从传统意义上以碳燃料为基础的能源经济形态转变到以氢能源为基础的能源经济形态。

氢是宇宙中分布最广的元素，具有许多优点。如，燃烧热值高；每千克氢燃烧后能放出142.35kJ的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。含量丰富：氢构成了宇宙质量的75％，并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。本身无毒：与其他燃料相比，氢燃烧时最清洁，除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。能循环使用：燃烧生成的水还可继续制氢。不难想象，随着科学技术的不断进步，氢能将代替化石能源走进千家万户，承担起主体能源的角色。

氢能系统主要包括氢源开发、制氢、储氢、输氢和氢的利用技术等，其中，储氢和输氢是能源有效利用的关键所在。一般情况下，储氢过程中所希望能达到的目标有两个：其一，贮存的氢气越紧密越好，比如添加尽量少的其他材料以获得氢气的最大体积、质量密度，因为常温常压下，1kg氢气的体积达到11m3，这在实践应用中是不利的；其二，储氢的一个重要标准是可逆性，也就是相对于一次能源而言，使氢气可以成为二次能源进行利用。

到目前为止，储氢可采用物理方法和化学方法。物理方法有：液氢储存、高压氢气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地下岩洞储存等。化学方法有：金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等。

采用厚重的耐压钢瓶来储存氢气的传统手段，笨重且不方便，同时要消耗很多的氢气压缩功，还由于氢气密度小，在有限的容积内只能储存少量的氢气（氢气的质量只占容器质量的1％～2％），且处于高压下，在经济上和安全上均不可取。液态储氢是在常压、低温（约21.2K）或常温、高压条件下储存，但是液化过程中所需要的高能量以及氢的沸点限制，使得液态储氢技术也难以广泛应用。

物理吸附储氢的吸附材料主要有分子筛、活性炭、高比表面积活性炭、新型吸附剂等，常说的碳纳米管就是一种新型吸附剂，物理吸附的优点是可以在低压下操作、储氢系统相对简单以及材料的耗费也比较低，但是其存在的明显缺点是质量和体积密度低，并且须在低温下操作。

在众多不同的储氢介质中，某些金属和储氢合金与氢反应后，以金属氢化物形式储存氢，具有储氢密度大、安全、不需要复杂容器就可以长时间储存以及可获得高纯度氢等优点，被认为是一种经济、有效的储氢方法。此外，储氢合金储氢，还具有将化学能转换为热能或机械能的能量转换功能。储氢合金的上述效应已被应用于氢气的固态存储、氢的提纯和同位素分离、热泵、化学催化、制备稀土永磁材料、镍-金属氢化物（Ni／MH）二次电池等领域。

储氢合金的多功能用途，特别是储氢合金在二次电池领域的工业化、商业化使用，激起了国内外研究者对储氢合金研究的极大热情和高度重视。

储氢合金产品属于高科技的绿色能源材料，符合我国国家技术政策和高新技术产业政策。在我国，国家重点基础研究发展规划（即“973”）和“S-863”中已将其列为前沿研究项目课题。由国家发展计划委员会和科学技术部共同组织编制的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》中也把储氢材料列为重点发展的产业化方向之一。

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