淺議儲(chǔ)氫材料的發(fā)展現(xiàn)狀與研究前景

張航航

摘要：眾所周知，氫能的發(fā)現(xiàn)使得清潔新能源的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，作為替代化石燃料的首選能源之一，氫能的可再生性和環(huán)保效應(yīng)被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。氫能越來越成為人類生產(chǎn)發(fā)展中不可或缺的一部分，因此，對(duì)氫能儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展要更進(jìn)一步的探索與完善。目前，氫氣的儲(chǔ)存技術(shù)面臨瓶頸，嚴(yán)重阻礙了氫能的發(fā)展。鑒于此，本文主要就儲(chǔ)氫材料的發(fā)展現(xiàn)狀和研究前景做簡(jiǎn)單闡述。

關(guān)鍵詞：氫氣;儲(chǔ)氫材料;發(fā)展現(xiàn)狀;研究前景

引言：

就目前來看，氫氣高效、安全儲(chǔ)存的技術(shù)問題是一個(gè)難點(diǎn)。隨著氫能新能源的不斷發(fā)展和利用，對(duì)儲(chǔ)氫材料的要求也越來越高，雖然市場(chǎng)上，也出現(xiàn)了一些比較優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)氫材料，但是，由于儲(chǔ)氫技術(shù)的限制，儲(chǔ)氫材料還不能完全充分地被高效應(yīng)用，比如固體儲(chǔ)氫材料和新型炭質(zhì)材料，都是具有發(fā)展前景的儲(chǔ)氫材料，在后續(xù)人類生產(chǎn)發(fā)展中起著重要的作用。

一、儲(chǔ)氫材料的發(fā)展現(xiàn)狀

氫是自然界最普遍的元素，也是可循環(huán)利用的元素，憑著熱值高、無污染的優(yōu)勢(shì)被列為未來最具有潛力的能源之一，但是目前氫的儲(chǔ)存是發(fā)展氫能的難點(diǎn)之一，必須亟待解決，而儲(chǔ)氫材料的發(fā)展現(xiàn)狀，也是值得關(guān)注的一個(gè)問題。

1.物理吸附材料

物理吸附材料主要是通過表面積高的多孔材料，來實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可逆吸附，這種儲(chǔ)氫材料的優(yōu)勢(shì)在于方式簡(jiǎn)單，并且儲(chǔ)氫容易，受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛好評(píng)。物理吸附材料種類豐富，大多數(shù)在生活中都十分常見，比如：石墨、活性炭等等，這其中，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的材料在吸收氫能的過程中，需要較低的溫度才可以進(jìn)行，所以常溫往往會(huì)影響這類材料的作用，因此這類物理吸附材料，可以對(duì)氫動(dòng)力的移動(dòng)裝置產(chǎn)生重要影響。

2.碳基儲(chǔ)氫材料

碳基儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用也十分廣泛，因其具有高度的無序多孔結(jié)構(gòu)，不光除了可以應(yīng)用在氫能的儲(chǔ)存上，還可以在干燥劑、凈化器和解毒劑等方面有重要作用。碳基儲(chǔ)氫技術(shù)是在碳質(zhì)材料的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，碳質(zhì)材料是無機(jī)多孔材料，具有很強(qiáng)吸附氣體，比如，沸石、海泡石等，但就目前來看，在儲(chǔ)氫技術(shù)上研究最多的就是沸石，沸石的孔道結(jié)構(gòu)非常規(guī)則，十分有利于儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展。因此，沸石無機(jī)多孔材料的應(yīng)用也十分廣泛。

3.金屬有機(jī)框架儲(chǔ)氫材料

比起其他的儲(chǔ)氫材料，金屬有機(jī)框架儲(chǔ)氫材料的優(yōu)勢(shì)更多，因其有著巨大的比表面積而出名，金屬有機(jī)框架儲(chǔ)氫材料在氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)存上功能極大，尤其是在氫的長(zhǎng)距離運(yùn)輸中和長(zhǎng)期儲(chǔ)存上，更是別的儲(chǔ)氫材料不可比擬的，金屬有機(jī)框架儲(chǔ)氫材料的吸氫效果極好，具有純度高和結(jié)晶度高的優(yōu)點(diǎn)，但是這種材料也不是完美的，在儲(chǔ)氫的過程中也出現(xiàn)了一些問題，比如技術(shù)操作復(fù)雜，脫氫反應(yīng)率低等等，但這同時(shí)也是儲(chǔ)氫技術(shù)研究目前正在攻關(guān)的難題。

二、儲(chǔ)氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.碳納米管吸附儲(chǔ)氫

碳納米管吸附儲(chǔ)氫是依靠碳納米管的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)來完成的，首先，碳納米管的中空分層結(jié)構(gòu)為分子吸附提供了空間。其次，碳納米管有著很大比表面積，在管道結(jié)構(gòu)中分布，可以實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的毛細(xì)吸附性能，在氣體吸附上有著很強(qiáng)的作用。最后，碳納米管的直徑吸附量驚人，和其他的吸附材料相比，碳納米管的吸氫能力更強(qiáng)?？偟膩碚f，碳納米管的比表面積和吸附區(qū)域與吸附量是成正比的關(guān)系，在吸附儲(chǔ)氫的過程中作用突出，是目前吸附儲(chǔ)氫方面比較成熟的技術(shù)。

2.碳納米纖維吸附儲(chǔ)氫

碳納米纖維比表面積大，在吸附儲(chǔ)氫的過程中，就會(huì)有大量的氣體被粘附在納米纖維的表面，這時(shí)候，氫氣儲(chǔ)存的主要通道就形成。氫氣分子通過納米纖維的層間距，在層面之間形成巨大的動(dòng)力直徑，再加上碳納米纖維的中控管道，使得碳納米的毛細(xì)作用開發(fā)，氫氣開始凝結(jié)在中空管道中，這個(gè)過程持續(xù)，碳納米纖維就會(huì)具備超級(jí)的儲(chǔ)氫能力。通過一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出，在常溫下，碳納米纖維材料可以直接吸附氫氣，也可以直接解吸氫氣，而且，在這個(gè)過程中，碳納米纖維的儲(chǔ)氫密度相當(dāng)客觀，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫效率的提升，因此，碳納米纖維材料吸附儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)景也十分廣闊。

三、儲(chǔ)氫材料發(fā)展前景

儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展需要更進(jìn)一步的發(fā)展，才能發(fā)掘更具優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)氫材料，才能使得氫能的開發(fā)更加便捷，才能使得新能源的利用更加廣泛。雖然在研究的過程中，氫能材料的發(fā)展和研究還存在許多問題，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和儲(chǔ)氫材料的開發(fā)與研究的不斷探索，儲(chǔ)氫技術(shù)的水平一定會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。目前，全世界范圍內(nèi)的儲(chǔ)氫技術(shù)都相差很大，這是一個(gè)不容忽視的問題，大多數(shù)的儲(chǔ)氫技術(shù)和儲(chǔ)氫材料，都在等著基礎(chǔ)研究和開發(fā)適用的進(jìn)步。因此，各個(gè)國家的相關(guān)工作人員和研究人員應(yīng)該高度重視儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展，不斷發(fā)掘儲(chǔ)氫技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫技術(shù)的實(shí)用化和規(guī)?；?/p>

四、結(jié)束語

縱觀技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，可以看出，儲(chǔ)氫技術(shù)的研究和發(fā)展的最終結(jié)果都是集中在新型的材料選擇上，如今，在很多材料在儲(chǔ)氫技術(shù)方面都表現(xiàn)出比其他材料更優(yōu)的性能，雖然一些材料的研究處在初始階段，但是隨著科技的不斷進(jìn)步和升級(jí)，儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用和發(fā)展會(huì)更加廣闊。

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