文 献 综 述

1 引言

能源是人类生存和发展的基础。21世纪，在传统能源面临枯竭的危险的时候，新能源的开发和利用就显得十分必要，其中氢能就是就是一种很有潜力的能源。自然界存在最广泛的元素就是氢，它构成了宇宙可见质量的75%^[1]，大量存在于水中。氢气作为能源，发热值很高，是汽油的3倍；易储运，适应各种环境的要求；本身无毒，在氧气环境下燃烧只产生水，没有任何污染^[2]。但是氢气在常温常压下是以气体形式存在，密度很小，且易燃，易爆。这些特点也就衍生出一个氢气的储存和运输的问题，定量衡量储氢容量有两个指标：质量储氢分数(wt.%)和体积储氢密度(kg(H₂)/m³)。前者是指存储系统中氢的质量与系统质量的比值，后者是指单位体积内系统储存氢的质量。美国能源部的储氢标准为：到2015年，氢的储存密度达到9 wt.%，相对应的能量密度是为2.7 kW#183;h； 能够在室温下满足氢的快速吸收、释放；在200个吸放氢循环以后仍然能够保持95%的储氢容量^[3]。氢能以其清洁、可持续、高能量密度而备受关注^[4]。

2 储氢方法分类

总的来说，储氢方法分为物理储氢和化学储氢两大类。其中物理储氢主要有高压储氢，液体储氢等。

高压储氢：在工业上，常将氢气加压到1.52~7.09#215;10⁴ kPa，然后储存于圆形钢制瓶中，进行储存和运输。通过减压阀的调节就可以直接将氢气释放出。这种方法存在着很大的缺点，如需要抗压的厚重容器，也就造成了容器的不易搬动；储存的氢气只有容器质量的1~2%；且存在氢气易泄漏和容器爆破等不安全因素。

液体储氢：将氢气加压，冷却到21 K以下，让氢气转化为液态，然后储存到特制的绝热真空容器中^[6]。由于常温、常压下液氢的密度为氢气的845倍，所及极大的提高了储存效率。从储氢量和体积上考虑，液态储氢是一种极为理想的储氢方式^[7]。但是使用该法储氢存在着极高的能耗，如一千克氢气液化需要耗电4~10 kW#183;h；并且对容器要求很高，需要抗冻，抗压，以及良好的绝热性能，所以该方法只是应用于国防或一些尖端技术上，如洲际导弹，航空航天上。

相比于物理储氢，化学储氢主要是通过氢气与物质反应来储存氢气，其中目前最有发展前景的固态储氢是一种利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的储氢方式^[8]。在氢气富集时，利用化学反应让氢气与金属生成氢化物，在需要氢气时氢化物分解或者氢气脱吸附能将氢气释放出来。它的优势在于：体积储氢容量高；无需高压及隔热容器；安全性好，无爆炸危险；可得到高纯氢，提高氢的附加值，而且能可逆充放氢气很多次。

3 固态储氢的分类

目前研究较多的固态储氢材料包括金属氢化物、碳纳米管材料、活性炭结构材料、各种硅酸盐结构材料、络合氢化物、金属有机化合物等^[9-12]。