氫能革命重大突破!60℃即可放氫的液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)來(lái)了


綠色清潔的氫能被譽(yù)為“未來(lái)的終極能源”,但其大規(guī)模應(yīng)用一直面臨巨大障礙:儲(chǔ)存運(yùn)輸難。目前主流的兩種儲(chǔ)氫方式都存在明顯缺陷——高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫需要笨重容器,且存在泄漏爆炸風(fēng)險(xiǎn);液態(tài)儲(chǔ)氫則需將氫氣冷卻至零下253℃的極低溫,能耗驚人。
而固態(tài)儲(chǔ)氫材料雖能儲(chǔ)存大量氫氣,但這些氫化物通常需要在100℃以上高溫才能釋放氫氣,還伴有副產(chǎn)物問(wèn)題,限制了實(shí)際應(yīng)用。
顛覆性突破
最近,來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)和日本京都大學(xué)的科學(xué)家們?nèi)〉弥卮笸黄啤K麄兺ㄟ^(guò)將氨硼烷(AB)和四丁基硼氫化銨(TBABH)按特定比例混合,成功制備出全球首款基于氫化物的深共晶溶劑(DES)。
這種透明液體在室溫下穩(wěn)定存在,氫含量高達(dá)6.9wt%(重量百分比),遠(yuǎn)超美國(guó)能源部設(shè)定的2025年目標(biāo)(5.5wt%)。更令人振奮的是,這種富氫液體僅需加熱至60℃即可釋放氫氣,遠(yuǎn)低于現(xiàn)有固態(tài)儲(chǔ)氫材料的放氫溫度。
該研究成果已發(fā)表在頂級(jí)材料學(xué)期刊《先進(jìn)材料》上,為氫能儲(chǔ)存、運(yùn)輸開(kāi)辟了全新方向。
神奇液體背后的科學(xué)奧秘
為什么兩種固態(tài)物質(zhì)混合后能形成穩(wěn)定的液態(tài)儲(chǔ)氫材料?關(guān)鍵在于強(qiáng)氫鍵的形成。
研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)氨硼烷比例在50%到80%之間時(shí),混合物就能在室溫下形成穩(wěn)定的富氫液體。光譜分析顯示,四丁基硼氫化銨中的BH陰離子與氨硼烷的NH基團(tuán)之間形成強(qiáng)氫鍵,打破了它們?cè)械墓腆w晶格結(jié)構(gòu),從而顯著降低混合物的熔點(diǎn)。
這種深共晶溶劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(即液體變成玻璃狀的溫度)低至零下50℃,即使在寒冷環(huán)境下也不會(huì)結(jié)晶。在干燥儲(chǔ)存條件下,液體狀態(tài)可穩(wěn)定維持?jǐn)?shù)周,完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
該液態(tài)儲(chǔ)氫材料的另一優(yōu)勢(shì)在于其溫和的放氫條件。實(shí)驗(yàn)表明,加熱至60℃時(shí)即可釋放氫氣,且在此溫度下幾乎不產(chǎn)生雜質(zhì)(雜質(zhì)需要更高溫度才會(huì)釋放)。
分解過(guò)程分兩步進(jìn)行:在150℃以下,氨硼烷首先分解并釋放氫氣;更高溫度下,四丁基硼氫化銨才分解釋放出氫氣、氨氣和二氧化碳。這意味著四丁基硼氫化銨組分可以分離回收并重復(fù)利用,大幅降低使用成本。
研究人員還意外發(fā)現(xiàn),這種深共晶溶劑暴露在水分中也會(huì)析出氫氣,這為開(kāi)發(fā)更靈活的氫氣釋放方法提供了可能。
中國(guó)力量
幾乎同時(shí),我國(guó)在液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域也迎來(lái)里程碑。7月17日,全國(guó)首臺(tái)安全氫基能源儲(chǔ)氫設(shè)備在北京揭幕,由中氫源安(北京)科技有限公司研發(fā)制造,即將交付天津渤海化學(xué)股份有限公司使用。
該設(shè)備采用安全有機(jī)液儲(chǔ)放氫技術(shù),將氫氣轉(zhuǎn)化為常溫常壓下可穩(wěn)定存儲(chǔ)的“非危化品”,顛覆了現(xiàn)有“制-儲(chǔ)-運(yùn)-加-用”的傳統(tǒng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈條,形成更安全、靈活、經(jīng)濟(jì)的 “制-運(yùn)-用” 安全氫基能源全新產(chǎn)業(yè)鏈體系。
渤海化學(xué)一期項(xiàng)目?jī)?chǔ)氫能力達(dá)20噸(折合22.4萬(wàn)標(biāo)方),已申報(bào)國(guó)家能源局氫能試點(diǎn)項(xiàng)目。這一突破將大幅降低氫能儲(chǔ)運(yùn)成本,從根本上解決全鏈條安全問(wèn)題,為氫能大規(guī)模商業(yè)化掃清障礙。
重塑能源未來(lái)
常溫常壓液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的突破正在重塑氫能產(chǎn)業(yè)格局。傳統(tǒng)依賴高壓儲(chǔ)罐或超冷液體的儲(chǔ)運(yùn)方式將逐步被穩(wěn)定、易處理的室溫液態(tài)儲(chǔ)氫替代。液態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn):安全性高、能耗低、運(yùn)輸方便,可直接利用現(xiàn)有石油基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸,無(wú)需重建專門的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。這將極大推動(dòng)氫能在交通、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用。
全球范圍內(nèi),氫能產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷成熟和推廣應(yīng)用,安全氫基能源有望成為我國(guó)能源體系的重要組成部分,為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型注入強(qiáng)勁動(dòng)力,為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)提供核心支撐。氫能時(shí)代的大門,正在徐徐開(kāi)啟。
原文標(biāo)題 : 氫能革命重大突破!60℃即可放氫的液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)來(lái)了
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