国外储氢材料的研究现状

随着能源问题的不断升级和石油资源的不断减少，人们不得不寻找新的可再生能源。由于氢能具有的优异特性：超级洁净，生成物为水，基本实现温室气体和污染物的零排放；被称为“能源货币”，可以实现可再生能源的存储；可由多种能源转化，保障国家能源安全供应；通用性强，可用于大多数终端燃烧设备；化学活性高，燃料电池避开热机转换循环可实现能量高效转化；可望实现低损耗输运，实现分布式利用。因此，氢能被誉为21世纪的能源，许多国家都在加紧部署、实施氢能战略，如美国针对运输机械的“FreedomCAR”计划和针对规模制氢的“FutureGen”计划，日本的“NewSunshine”计划及“We-NET”系统，欧洲的“Framework”计划中关于氢能科技的投人也呈现指数上升趋势。冰岛已经宣布，在20年内建立全球首个氢经济社会。然而氢气作为一种新的能源至今没有商业化，根本的制约在于氢气存储的问题难以解决，因此性能优越、安全性高的储氢材料的开发应用一直是研究的重点。

美国相关储氢政策美国早在1990年就通过了《氢能研究与发展、示范法案》，指导美国能源部启动了一系列氢能研究项目。2001年布什政府执政以来，更是将发展氢能作为其能源政策的一个重要方面，先后制定了多项氢能研究计划，以实现向氢经济的过渡。2002年，美国能源部相继出台了《美国向氢经济转变的国家远景：到2030年及以后》、《国家氢能路线图》等报告，并启动和支持“氢能源、燃料电池基础研究项目”。该项目内容包含发展氢、燃料电池和分布式能源的下一代技术、以及进行一个大规模的有关氢能源优势的教育活动。这个项目由工业领域、科研领域和国家实验室共同参与。2003年2月，布什总统推出了“自由汽车和氢燃料计划”。该项总额为12亿美元的计划包括两个项目：研究氢燃料的提取、制造和运输技术的自由燃料计划，以及赞助汽车商进行实际氢燃料汽车研发，用燃料电池替换燃烧石油的内燃机的自由汽车计划。2004年2月美国能源部推出《氢态势计划：综合研究、开发与示范计划》。该计划的目标是描述能源部如何将其正在进行的和将来实施的氢能研究和开发活动综合为一个重点氢计划，综合氢生产技术(从石化能源、核能和可再生能源)、基础设施开发技术(包括运输和存储)和用于固定运输用途的燃料电池技术，改进研发和示范行动的效力和责任，强化在向氢经济过渡过程中技术目标的实现。《氢态势计划》确定了向氢能源系统的完全过渡将花费数十年的时间，并且需要公共和私人机构的密切合作。过渡时期大约将经历4个互相重叠、关联的阶段，计划到2040年基本实现向氢经济的过渡：(1)技术研究、开发与示范阶段(2000-2015年)；(2)初步市场化过渡阶段(2010-2025年)；(3)基础设施建设与投资阶段(2015-2035年)；(4)氢经济的实现阶段(2025-2040年)。确定了向氢经济过渡的第一阶段的技术研发目标，主要包括氢生产技术目标；氢存储技术目标；氢运输技术目标；氢转化技术目标；氢利用技术目标；教育、安全、法规与标准目标。其中氢存储技术的目标是：到2006年，缩小氢存储选项的选择范围以实现2010年的目标；2010年，开发和试验氢存储系统以达到氢与存储装置的6wt%，能源密度为1.5kWh/h，存储能源的成本为4.0$/kWh；2015年，开发和试验氢存储系统以达到氢存储装置的9wt%，能源密度为2.7kWh/h，存储能源的成本为2.0$/kWh。2005财年，氢存储“重大挑战”项目资助奖授予了先进金属氢化物、碳基/吸附材料和化学氢存储三个精英中心以及15个新独立项目。2005财年，成立了氢存储系统分析工作组来协调氢存储子计划的系统分析工作，并在该系统基础上就寿命周期成本、性能、能量效率和环境影响等进行了技术评估辅助工作。工作组会举行半年会议和月中进展会议。2005财年，美国还发起了17项新的氢存储基础研究计划，美国能源部能源效率和可再生能源办公室的氢存储行动会继续与能源部科学(基础能源科学)办公室配合。技术现状美国2005财年研究中的车载氢存储方法包括先进金属氢化物、碳基材料和其他高表面积吸附材料、化学氢存储材料、低成本适用罐、压缩/低温氢罐及新材料或加工方法，如笼状包合物(clathrates)和导电聚合体。压缩/低温罐、金属氢化物、高表面积吸附材料和碳基材料构成了车载可逆氢存储系统，因为氢再生和氢吸收可以在运载工具上发生。对于化学氢存储方法和某些金属氢化物，氢再生不可能发生在运载工具上；因此，这些系统必须进行离车再生。2005财年取得成就(1)压缩低温罐完成了10000psi低成本罐的初步最优化，达到1.3kWh/kg的比能(specificenergy)。确定了可能将成本从18$/kWh降低到10$/kWh的方法。完成了低温压缩罐系统的设计，具有达到1.2kWh/L的潜力(2007年目标)。(2)先进金属氢化物完成了初步的实验室等级试验，确定铝烷(AlH3，理论材料基比重容量10wt.%)为一种具有达到2010年目标潜能的有发展希望的候选材料。通过机械研磨掺杂了LiH的AlH3材料，其解吸附温度从175～200℃降低到100～150℃(氢含量达到6～7wt.%)。(石溪国家实验室和Sandia国家实验室，金属氢化物精英中心的一部分)。