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在充電時(shí)代，誰能想到一輛裝有兩個(gè)微型氫罐的電動(dòng)自行車能行駛120公里?你不用擔(dān)心氫會(huì)耗盡。你可以在街上的便利店把它換掉。即使氫氣罐壞了，也沒有危險(xiǎn)。坦克里裝滿了合金粉末。
這不是科幻小說里的場景。在2021年第20屆中國北方國際自行車和電動(dòng)汽車展覽會(huì)上，展出了兩輛使用氫能作為發(fā)電系統(tǒng)的原型車。
近年來，我國發(fā)展了以固體儲(chǔ)氫為能源的卡車、冷藏車、客車和備用電源。其中一些雖然還處于實(shí)驗(yàn)階段，但已經(jīng)引起了人們對氫氣世界的極大興趣。
固態(tài)儲(chǔ)氫改變了氫的高密度儲(chǔ)存和安全應(yīng)用兩個(gè)問題。如何實(shí)現(xiàn)呢?一旦解決了氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問題，氫能將在哪里發(fā)揮作用?
儲(chǔ)存和運(yùn)輸問題影響氫的利用
化學(xué)元素氫(H)位于元素周期表的首位，是所有原子中最小的。
但這種無色無味的生物是宇宙中最常見的元素，氫及其同位素構(gòu)成了太陽質(zhì)量的84%和宇宙質(zhì)量的75%。
當(dāng)前，中國面臨能源安全和碳排放兩大挑戰(zhàn)。在碳中和和碳峰值目標(biāo)下，有必要對當(dāng)前過度依賴化石能源的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，將氫能納入整個(gè)能源體系有利于改善我國高碳能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全。
但是，在發(fā)現(xiàn)氫可以燃燒200多年后，高效利用氫能的進(jìn)展仍然緩慢。
目前，氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸主要有三種方式:氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。
氣態(tài)儲(chǔ)氫很常見，可分為低壓儲(chǔ)氫和高壓儲(chǔ)氫。在過去，街頭賣氣球的小販會(huì)攜帶一個(gè)大鋼瓶，叫做低壓儲(chǔ)氫罐。高壓儲(chǔ)氫氣體最高壓力可達(dá)70 mpa，我國常用的高壓儲(chǔ)氫壓力也可達(dá)35 mpa，對壓力容器要求很高。目前高壓儲(chǔ)氫罐采用碳纖維材料，成本很高，壓縮消耗大量能量。
氫在一定的低溫下以液態(tài)存在。因此，氫氣可以被壓縮和冷卻，用于液體存儲(chǔ)。在常溫常壓下，液態(tài)氫的密度是氣態(tài)氫的845倍，但在低溫下以液態(tài)儲(chǔ)存氫氣并不經(jīng)濟(jì)。氫液化需要大量的冷卻能量，并需要使用特殊的低溫容器，目前只在有限的存儲(chǔ)空間中使用，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
與化石能源、電力等其他非化石能源相比，氫能一直處于尷尬的地位，因?yàn)樗鼪]有得到妥善的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。因此，開發(fā)新型高效儲(chǔ)氫材料和安全的儲(chǔ)氫技術(shù)對氫能的開發(fā)利用具有重要意義。
含鎂固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)成本接近鋰電池
固體儲(chǔ)氫材料需要儲(chǔ)氫材料，金屬合金是主要的儲(chǔ)氫材料。儲(chǔ)氫合金一般由兩部分組成，一部分是吸氫元素或與氫有較強(qiáng)親和力的元素，控制儲(chǔ)氫量，是儲(chǔ)氫合金的關(guān)鍵元素，主要包括鈦、鎂等。另一部分是吸氫少或不吸氫的元素，常見的有鐵、鎳等。
這些合金在低溫下與氫發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，氫在表面分解成氫原子。該合金具有大量的微小晶格，其中氫原子擴(kuò)散到空隙中，形成氫化物。
通過對儲(chǔ)氫材料加熱，也很容易“釋放”氫。
近年來，世界各地成熟的儲(chǔ)氫材料已被應(yīng)用于熱電聯(lián)供、儲(chǔ)能、車載燃料電池氫源系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。一家德國公司甚至在燃料電池潛艇上使用了固體氫儲(chǔ)存系統(tǒng)。
氫氣變身“固態(tài)油箱”或改變未來能源格局
在未來，儲(chǔ)運(yùn)問題將得到解決。氫能的應(yīng)用不僅限于燃料電池汽車，還包括氫能發(fā)電、工業(yè)和建筑應(yīng)用。可作為建筑熱電聯(lián)產(chǎn)的電源、微電網(wǎng)的可靠電源、移動(dòng)基站的后備電源，并可與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合。以固體氫儲(chǔ)存為氫源的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，將在無人駕駛汽車、軍人、深海裝備等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
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