燃料電池中化學儲氫材料的開發(fā)與驗證

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第7期

作者：Kriston P.Brooks

編譯：李臣

氫能作為一種儲量豐富、燃燒無污染、能量密度高的綠色能源，其可以為燃料電池提供高效、穩(wěn)定的動力來源，因此引起廣泛的關注。但是，如何對氫能進行安全、高效的儲存是應用氫能的主要障礙。美國能源部儲氫中心工程的主要研究方向是燃料電池汽車的儲氫系統(tǒng)，旨在為輕型載貨車建立具有指定儲氫能力的儲氫系統(tǒng)，尤其是儲氫系統(tǒng)中反應器和散熱器兩個主要部件的設計與評價。

早期美國太平洋西北國家實驗室開發(fā)的儲氫系統(tǒng)主要是針對固定顆粒狀儲氫材料的研究，通過系統(tǒng)內(nèi)的高壓氣體流動傳輸儲氫材料，但這種傳輸方式容易造成儲氫系統(tǒng)的泄漏和阻塞，因此最理想的儲氫材料形態(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，被認為是最具潛力的液態(tài)儲氫材料。將45%硼烷氨（質(zhì)量分數(shù)）或60%鋁烷（質(zhì)量分數(shù)）與硅酮油混合形成離子液體（全部由離子組成的液體）作為儲氫材料。通過試驗對上述儲氫材料進行驗證時，也要對儲氫系統(tǒng)的反應器和散熱器進行驗證。儲氫系統(tǒng)反應器為內(nèi)徑1cm、長度19.1cm的加熱管道。管道內(nèi)部放置美國萊耳流體設備公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)探頭，最大轉(zhuǎn)速為40r/min，用以混合和運輸儲氫材料。反應器外部溫度控制在150～235℃。反應器可根據(jù)汽車功率需求控制探頭轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時間，以控制氫氣產(chǎn)生，保持汽車功率平衡。散熱器采用八旋轉(zhuǎn)片式熱交換器，其在溫度29℃條件下能夠在反應器周圍產(chǎn)生6m/s的風速。將試驗結(jié)果與美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室所做的基于固體儲氫材料的試驗結(jié)果相對比發(fā)現(xiàn)，液態(tài)儲氫材料具有更好的性能，氫氣釋放時反應器的熱釋放量為11kJ/moL，針對其所設計的儲氫系統(tǒng)能夠正常運行。