如何选择氢燃料电池车载供氢系统的储氢方式？VIP免费

如何选择氢燃料电池车载供氢系统的储氢方式？本文授权转载自“氢云研究院”，文章所有权归属于氢云研究院，未经许可，请勿自行转载。摘要：概述了燃料电池车载储氢系统技术，包括常规高压氢、金属氢化物储氢、液体有机氢化物储氢、-253°C液氢及深冷-高压超临界储氢等技术及其车载应用现状。参照燃料电池车对车载储氢系统单位重量储氢密度与体积储氢密度的目标要求，对目前已应用和处于研发推广阶段的储氢技术，在性能指标和存在问题方面进行了分析比较，并给出中国未来发展和应用领域的趋势和选择建议。燃料电池是本世纪最有竞争力的全新的高效、清洁发电方式，预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛应用前景和巨大潜在市场。美国能源部(DOE)提出的一辆与汽油车标准相当的PEMFC电动汽车车载氢源的目标要求如表1所示。综观目前所有实际可用的车载储氢或制氢技术，包括高压储氢、液氢储氢、金属氢化物储氢、吸附储氢以及车载甲醇重整制氢装置、汽油重整制氢装置和天然气重整装置，无一能完全满足这些指标，但针对不同产业链中的应用环节，可以针对性的开展技术突破，降低技术短板的影响，最终形成兼容的、多形态的氢能产业链。表1DOE关于2005-2015年车载储氢系统的技术与经济指标要求一、常规高压储氢I型和II型普通钢制高压储氢容器的缺点是钢瓶自身太重，难以在车辆上使用，因此目前车载高压储氢领域主要采用轻质复合容器-III型瓶。2000年美国Quantum公司与LavrenceLivermore国家实验室合作开发出工作压力35MPa、储氢密度11・3wt%的新型储氢容器，进而又研制出最大工作压力达70MPa超高压容器,内层以铝合金为内胆，外层缠绕碳纤维增强的复合材料层，如图1所示。更为先进的IV型储氢瓶则采用塑料内胆，瓶口为金属件，在欧美日等国家和地区已经开始使用四型储氢瓶，具有重量轻、循环寿命长、成本低等优点。由于塑料与金属密封等问题，中国法规目前尚未允许其推广应用，但随着企业、研究机构在相关工程问题上的突破、设计和制造标准的完善，相关法规也会逐渐向其倾斜。图1高压储氢燃料电池车主要部件及其布置图2各类车载高压储氢瓶对比二、金属氢化物储氢金属氢化物储氢的最大优势在于较高的体积储氢密度和高度的安全性(储氢合金本身的体积储氢密度甚至可达90kgH2/m3),但金属氢化物氢燃料箱的主要问题是重量大，这是由于金属氢化物本身重量储氢密度偏低决定的。一般而言，以车载氢燃料箱应用为主要目的的金属氢化物技术对储氢合金性能有如下一些要求：(1)高的储氢容量；(2)合适且平坦的压力平台，能在环境温度下进行操作；(3)易于活化；(4)吸放氢速度快；(5)良好的抗气体杂质中毒特性和长期使用的稳定性。由表2可见，能在常温下可逆吸放氢的金属氢化物重量储氢密度也就在1.4〜2.6mass%之间，主要是一些稀土系和钛系合金。其中，钛系储氢合金，重量储氢密度略高于稀土系，但也存在有抗杂质气体能力差的缺点，通常要以＞99.99%纯氢为氢源方能有好的循环寿命，其次是放氢率较低，需适当加热。表2典型金属氢化物及其主要储氢特性图3金属氢化物储氢对比提高金属氢化物重量储氢密度是目前储氢合金研究的重点，目前的动向主要从轻金属元素及其合金中寻找新的成分与结构并通过新的制备技术与改性处理方法来提高综合性能，如图3所示。燃料箱使用的储氢合金主要是TiFe系和Mm-Ni系，最大的氢燃料箱储氢量甚至达到12.7kg（使用1016kgTiFe合金）。日本丰田公司于1996年首次将金属氢化物储氢装置用于PEMFC电动车，该装置外形尺寸为700x150x170（mm,长X宽X高），使用TiMn系BCC储氢合金100kg，储氢量2kg，每次充氢可行驶250km（时速100km/h）。2001年初日本丰田汽车公司宣布开发成功新型燃料电池汽车“FCHV3”，该车最高时速为150km，行驶距离在300km以上，也采用储氢合金供氢方式。德国Benz公司的试验轿车已行驶七万公里以上,充放氢1500次以上，目前仍在继续路试之中。GFE公司、美国氢能公司、加拿大巴拉德公司等也都先后研制出客车、电动铲车、轮椅车等PEMFC储氢器。分析当今小型储氢器，无论从技术性、经济性、安全性或者商品化服务...