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日趋多样化的燃料电池车氢气储藏技术(二):利用水解反应制取大量氢气
转载 :  zaoche168.com   2009年03月03日

AlH3的特点是,储藏密度为10.1质量百分比,比以往的储氢合金23%左右的质量储藏密度高得多。另外,体积储藏密度也达到了149g/L。日本制钢所与日本东北大学金属材料研究所正联合开发采用AlH3(氢化铝)的氢气储藏系统(图3)。

 

 

3日本制钢所的AlH3

日本制钢所在20082月举办的第4届国际氢气及燃料电池展(FC EXPO 2008)上的展品。

 

由于质量轻,从而可提高质量储藏密度的金属氢化物,另外还包括LiHMgH2等。之所以从中选择了AlH3,是因为要释放出氢气,LiH需要650℃以上、MgH2需要250℃以上的高温,而AlH3只需80150℃左右的较低温度即可;另外,释放出氢气之后,还可从AlH3中得到可循环利用的金属Al。但是直到不久前,AlH3的合成技术一直不成熟。此次,上述两家单位携手合作,通过优化液相反应的各个流程,确立了可稳定合成出平均每批次20g以上的AlH3的技术。

 

另外,对通过上述方法合成得来的AlH3粒子进行冲压成型,还同时开发出了可以55%的高充填率充入小型储藏容器的技术。通过加热该容器使AlH3释放氢气时,成功地释放出了普通储氢合金(AB5*)条件下1.8倍量的氢气。

 

但是AlH3合金在实用化方面也存在问题。一个问题是降低释放氢气的温度。加热到140℃时,AlH32分钟左右即开始迅速释放氢气,而在80℃时,则必需等70分钟左右才释放氢气。日本制钢所开发策划部主管部长兜森俊树表示,“为了在较低温度下释放氢气,今后我们将探讨添加元素”。此外,降低成本也是问题之一。目前由于AlH3是在实验室中制造的,制造成本高达每克数千日元。今后,必须力争通过扩大制造规模来降低成本。

 

利用水解反应制取大量氢气

 

另一方面,从事储氢合金制造及销售业务的Bio Coke技研(Bio Coke Lab20082月宣布,在储氢合金方面全球首次确立了MgH2水解反应的工业生产方法。如前所述,从MgH2中提取氢气必需250℃以上的高温,需要高温曾是实用化时所面临的问题。

 

另外,该公司同时还提出了利用水解反应在较低温度下提取氢气的方案。虽然在车辆上采用该技术时存在着水解反应必然导致积水的问题,但该方案也有优点,即:利用水解反应可比单纯加热提取出更多的氢气。在第4届国际氢气及燃料电池展(200822729日)上,该公司进行了在MgH2中加水后提取氢气的实际演示(图4)。

 

 

4通过MgH2产生氢气的实际演示装置

Bio Coke技研在第4届国际氢气及燃料电池展上进行了展示。左起第2个玻璃容器内盛有MgH2粉末,从最右侧的玻璃容器加入水,就会产生氢气。为了在常温下产生氢气,此次的实际演示装置在水中添加了用于提高反应性的药品,但如果加热至80℃,只用水也能产生氢气。

 

如果在100gMgH2中加入75℃以上的温水进行水解,则会发生如下反应:

 

MgH2 2H2OMgOH2 2H2

 

这样不仅可提取出与Mg结合在一起的氢气,还可提取出水中所含的氢气,因此,总计可提取出15.2g的氢气。与以往储氢合金只能提取约2g相比,达到了7倍以上。

 

据该公司介绍,在此之前还没有报告表示已确立MgH2的工业化制造方法,因此,此次开发出的达到工业生产水平的量产技术及制造装置为全球首次。工艺的细节没有公布,但该公司介绍,主要工艺是将Mg与氢气一同投入高温高压的炉内,使其发生反应。

 

关于制造时所需的能量,该公司没有对外公布,但据称并不太多。目前由于生产规模仅为数kg的水平,因此MgH2的制造成本达到平均每公斤数万日元,但如果扩大生产规模,则有可能降低成本。

 

不过,AlH3MgH2很难像以往储氢合金在配备于车辆的状态下吸留氢气,而必需以更换填充满储氢合金的管芯方式实现燃料补给。然而,如果采用目前主流的高压氢气罐,需要在燃料补给站配备用于高压充填氢气的设备,而管芯式燃料罐只需仓库储存即可。由于无需像以往加油站那样专用的庞大燃料补给设施,燃料补给的概念本身有可能大为改变。

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