目前,最成熟的储氢技术是在高压罐中储存压缩气体。液氢储存是一种更昂贵的选择,专用储罐和保持低温所需的隔热材料的前期成本更高。金属氢化物和化学氢化物存储是较新的技术,具有更高的存储密度和安全性,但它们可能比压缩气体或液态氢存储昂贵得多。
III型容器采用了金属内衬并全包裹了复合材料,可起到氢渗透屏障的作用。金属衬里通常为铝(Al)结构,可消除脆化并提供超过5%的机械阻力。III型容器更适合车辆应用,但是它们价格更高。III型容器在高达450 bar的压力下被证明是可靠的,但是,超过700巴的压力循环测试仍然存在问题。
然而,由于碳纤维的成本很高,它们的价格也是高得令人望而却步。成本估算表明碳纤维约占储罐成本的75%。V型储罐处于设计阶段,可能使用更紧密连接的热塑性内衬和复合材料结构;复合材料和内衬将由相同的热塑性聚合物制成,但需要进一步开发以确保这些储罐在使用中的安全性。
高压储氢技术的选择将取决于几个因素,包括应用、所需的存储容量和成本效益。下表给出了不同类型的储氢罐及其特点。
氢气也可以作为低温液体在大气压下和压缩氢中储存。低温储氢比压缩储氢更好,因为它更安全,占用的空间更少。当氢气以液体形式储存时,其体积密度会上升。在氢气沸点(253°C)和大气压下,液态氢(liquid hydrogen,LH2)的理论体积密度为70g/L,而在室温下,350巴和700巴的压缩氢气的理论体积浓度分别为24 g/L和40 g/L。
使用液氢的主要问题是,产生液体比压缩气体需要更多的能量。氢气的临界温度为−240°C,超过该温度就无法冷凝。由于氢的沸点很低,所以它只能在低温下以液体的形式储存。因此,必须采用昂贵的成本进行冷却。
这一能源密集型过程使用了氢气中25-40%的能量,而将氢气压缩成气体只使用了10%的能量。因此,LH2低温容器必须进行真空隔热,以保持如此低的温度。它们通常有两面墙,中间有一个真空,以防止热量逸出。然而,蒸发损失是无法避免的,因为来自环境的热量会流入LH2并通过其他部分,每天蒸发损失可高达0.4%。在制造低温氢气容器时,主要目标之一是确保液体的表面积尽可能小,这将防止热量从大气进入液体。
如果储罐在一个狭小的空间内,蒸发损失可能是极其危险的。例如,如果一辆装有低温氢罐的汽车被放在封闭的车库里几天,氢可能会蒸发并引发火灾。宝马已经开发出了可以使用汽油和低温氢气的内燃机汽车。还有使用液氢的太空应用和中大型运输实例。除了可以装载约4000公斤氢气的LH2拖车外,LH2船还可以在全球范围内运输氢气。川崎重工有限公司目前正在生产LH2船,可容纳11500吨(160000立方米)的H2。
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