燃料電池中化學(xué)儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第7期

作者：Kriston P.Brooks

編譯：李臣

氫能作為一種儲(chǔ)量豐富、燃燒無(wú)污染、能量密度高的綠色能源，其可以為燃料電池提供高效、穩(wěn)定的動(dòng)力來(lái)源，因此引起廣泛的關(guān)注。但是，如何對(duì)氫能進(jìn)行安全、高效的儲(chǔ)存是應(yīng)用氫能的主要障礙。美國(guó)能源部?jī)?chǔ)氫中心工程的主要研究方向是燃料電池汽車(chē)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)，旨在為輕型載貨車(chē)建立具有指定儲(chǔ)氫能力的儲(chǔ)氫系統(tǒng)，尤其是儲(chǔ)氫系統(tǒng)中反應(yīng)器和散熱器兩個(gè)主要部件的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。

早期美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)主要是針對(duì)固定顆粒狀儲(chǔ)氫材料的研究，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的高壓氣體流動(dòng)傳輸儲(chǔ)氫材料，但這種傳輸方式容易造成儲(chǔ)氫系統(tǒng)的泄漏和阻塞，因此最理想的儲(chǔ)氫材料形態(tài)為液態(tài)。硼烷氨和鋁烷含氫量高、熱穩(wěn)定性適中、釋氫溫度低，被認(rèn)為是最具潛力的液態(tài)儲(chǔ)氫材料。將45%硼烷氨（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或60%鋁烷（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）與硅酮油混合形成離子液體（全部由離子組成的液體）作為儲(chǔ)氫材料。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)上述儲(chǔ)氫材料進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，也要對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的反應(yīng)器和散熱器進(jìn)行驗(yàn)證。儲(chǔ)氫系統(tǒng)反應(yīng)器為內(nèi)徑1cm、長(zhǎng)度19.1cm的加熱管道。管道內(nèi)部放置美國(guó)萊耳流體設(shè)備公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)探頭，最大轉(zhuǎn)速為40r/min，用以混合和運(yùn)輸儲(chǔ)氫材料。反應(yīng)器外部溫度控制在150～235℃。反應(yīng)器可根據(jù)汽車(chē)功率需求控制探頭轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間，以控制氫氣產(chǎn)生，保持汽車(chē)功率平衡。散熱器采用八旋轉(zhuǎn)片式熱交換器，其在溫度29℃條件下能夠在反應(yīng)器周?chē)a(chǎn)生6m/s的風(fēng)速。將試驗(yàn)結(jié)果與美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室所做的基于固體儲(chǔ)氫材料的試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比發(fā)現(xiàn)，液態(tài)儲(chǔ)氫材料具有更好的性能，氫氣釋放時(shí)反應(yīng)器的熱釋放量為11kJ/moL，針對(duì)其所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。