氫能被稱為人類的終極能源,氫儲能更因為容量大、壽命長、規模大、儲能密度高、布置靈活等,被業界認為是鋰電池、鈉電池等新型儲能技術的重要補充手段。
不過,氫氣能量密度是汽油的3倍,一旦發生危險,后果難以想象,但是氫氣由于本身特性,容易和許多物質發生互學反應,且密度較小,容易散失,因此儲氫是困擾行業人員的一個大問題。
現階段,技術發展最為成熟的儲氫技術是物理儲氫。
物理儲氫技術指改變氫氣存儲條件,提升氫氣密度,從而存儲氫氣,優點是成本低、易放氫,主要有高壓氣態儲氫和低壓液化儲氫兩種方式。
目前,最成熟、最常用的儲氫技術是高壓氣態儲氫。
高壓氣態儲氫,指在高壓條件下,壓縮氫氣,將其存儲為高密度氣態形式。優點是成本低、能耗低、易脫氫等;缺點是儲量小,且需要耐壓容器,存在氫氣泄漏、容器爆破等風險。
該技術難點是儲氫密度容易受壓力影響,壓力越大,氫氣質量密度越大,壓力范圍在30-40MPa時,氫氣質量密度增長較快,當壓力大于70MPa時,變化很小。
據悉,儲氫罐的材質是決定壓力的重要因素,儲氫罐正常工作壓力范圍是35-70MPa,因此,行業正致力于改進儲氫罐的材質,制造輕質、耐高壓的儲氫罐。
現在,高壓氣態儲氫容器主要分為四種類型,純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內膽纖維環向纏繞瓶(II型)、鋁內膽纖維全纏繞瓶(III型)和塑料內膽纖維纏繞瓶(IV型)。
III型瓶和IV型瓶重容比較小、單位質量儲氫密度較高,可應用于氫燃料電池汽車。
在未來,低溫液態儲氫技術可有效補充高壓氣態儲氫技術,最終實現兩者協同發展。
低溫液態儲氫,指在低溫、高壓條件下,氫氣可液化存儲,體積密度可達到氣態的845倍,實現氫氣的高效率運輸。
為了保證低溫、高壓條件,低溫液態儲氫技術除了對儲氫罐的材質有要求,還需要裝配嚴格的絕熱方案和冷卻設備。
此外,低溫液態儲氫技術現在還面臨三個難點。
第一,為控制環境溫度,儲氫罐需要增加保溫設備,可溫度又對氫氣密度有影響,如何控制溫度在合適的范圍呢?
第二,儲氫過程中,氫氣氣化一般會造成1%左右的損失,如何減少這一損失?
第三,為保證低溫環境,儲存一定量的氫氣,需要耗費相當于儲氫能量30%左右的損失,如何降低這一損失?
低溫液態儲氫雖然還面臨較多問題,但是它在大規模、長距離儲存和運輸上存在巨大優勢,隨著我國三項液氫國標的正式實施,以及相關技術的不斷進步,成本的不斷降低,低溫液態儲氫未來可期。