氢能发电及其应用前景

氢能发电系统由氢源、燃料电池和电力变换器及其控制系统组成。随着氢气制备与安全储运技术以及电能变换与控制技术的不断发展和日趋成熟，氢能发电技术即将获得广泛应用，特别是PEMFC发电系统还具有工作温度低，无烟气排放，伪装性能优良，在国防、人防和民用领域都有极高的应用价值。阐述了氢能发电系统的组成及控制系统结构，介绍了燃料电池工作原理、氢气制备方法、储运方式及金属储氢材料的安全性、电力电子变换技术以及氢能发电技术的研究发现状与应用前景。     

氢能:产业化进程拉开大幕

近日,国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书指出,要加速发展绿氢制取、储运和应用等氢能产业链技术装备,促进氢能燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业链发展.这是继2019年氢能首次被写入《政府工作报告》和2020年氢能被列入可再生能源发展"十四五"规划编制重点任务之后,氢能再一次出现在国家重量级文件中.     

国鸿氢能：持续推进氢能核心技术研发 引领氢能产业创新发展

广东国鸿氢能科技有限公司(以下简称"国鸿氢能"或"公司")是一家以氢燃料电池为核心产品的国家高新技术企业,也是目前国内产业化规模最大的燃料电池龙头企业。多年来,国鸿氢能持续推进氢燃料电池关键核心技术研发,所承担的"车用燃料电池电堆技术推广与应用"项目获得了2019年度广东省科技进步奖二等奖。为进一步了解公司获奖项目有关情况,本刊记者对国鸿氢能进行了采访。     

浅谈储氢合金

氢能是一种非常重要的二次能源,它的资源丰富,发热值高,氢燃烧后生成水,不污染环境。因此,氢能是未来能源最佳的选择之一。氢的利用主要包括氢的生产、储存和运输、应用等方面,而氢的储存是其中的关键。为了解决氢气存储的问题,储氢合金应运而生,并且一般可以做到安全、高效、高密度和安全稳定。     

用作储氢材料的碳纳米管

氢能技术面临的最大科学挑战是能否将氢在常温常压下安全有效地储存和运输,碳纳米管具备一定的储氢能力并能快速地释放氢,但碳纳米管储氢要得以规模应用,其关键是如何利用碳纳米管储氢和怎样提高其储氢能力。对纳米碳管制备方法的改进、储氢机理的分析及其结构改性等方面都还需要更深入的研究,才能使得碳纳米管在储氢方面的实用价值得以实现,碳纳米管用于储氢电极材料将给储氢电池带来一场变革。     

MXenes电催化析氢的研究进展

面向“碳达峰”“碳中和”国家重大战略,氢能作为一种能量密度高、无污染的绿色能源,将成为我国乃至世界未来能源战略领域发展的重中之重.电解水制氢由于其制备方法简单、制氢纯度高、制备过程无污染等优势而备受关注,但是该方法存在一个严重的缺陷,就是缺乏低成本、高效率析氢反应(HER)催化剂.MXenes是一种新兴的二维(2D)过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物,由于其具有极好的导电性、良好的亲水性、极大的比表面积、可调节的分子结构及多样的化学组成等优势,在析氢催化剂领域存在着潜在的巨大应用.该文总结了 MXenes制备、MXenes基电催化析氢性能调控策略及利用机器学习设计MXenes基析氢电催化剂面临的挑战和新的机遇.该文为今后开发新型高效的MXenes基析氢电催化剂,推动氢能的绿色制备提供了参考.     

中国氢能产业高质量发展前景

 中国氢能产业在新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情的影响下遇到了暂时困难,但随着疫情防控形势的好转而迎来新的发展机遇。通过回顾2020年中国各地出台的氢能发展政策,分析得出：政策重点主要集中于交通领域,包括氢燃料电池车技术研发、关键设备制造和加氢站建设等,而轨道交通则是未来氢燃料电池技术的发展重点之一;氢能冶金属于新的氢能产业应用领域,许多冶金企业与氢冶金先进国家进行了示范项目合作,这些示范项目的快速推进将有助于实现中国钢铁行业革命性的绿色化转型;绿氢煤化工、绿氢贸易、民用液氢等也将是氢能产业未来发展的重要方向。建议中国明确国家发展战略、积极拓展氢能技术创新领域,以打造高质量氢能产业为抓手,助推中国能源革命和产业转型升级,并在氢能全球化过程中发挥引领作用。     

MoO3基催化剂在氢能中的应用与进展

MoO₃是具有优异气敏性能的宽禁带半导体,在析氢反应、储氢、氢气检测中的具有广泛的应用。该文首先针对MoO₃的晶体结构特征、纳米结构的可控合成进行了总结;其次,针对MoO₃及其负载型催化剂在氢能源的制备、氢能运输时的储存以及氢能使用过程中检测等问题,重点介绍了纳米结构MoO₃基催化剂的最新发展;最后展望了MoO₃基催化剂的研究和应用的未来发展。     

镁基固态储氢材料研究进展

 镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。利用镁基储氢材料供氢主要有热分解放氢和水解产氢2种途径。MgH₂的热分解放氢焓值高（75 kJ/mol H₂）,造成其放氢温度较高、动力学差; MgH₂的水解过程中,由于常温水解产物Mg（OH）₂逐渐包裹在MgH₂表面,阻隔了MgH₂与水的接触,从而导致水解产氢效率较低。近年来,大量研究工作聚焦于改善MgH₂的热解/水解供氢性能及实际应用,已经取得了大量成果。针对目前国内外镁基固态储氢材料的研发,总结了材料/结构改性、反应条件对镁基储氢材料的热解/水解性能的影响,重点阐述了固态镁基储氢材料组成成分-微观结构-储放氢性能之间的关系,并对镁基储氢系统及实际应用场景进行了归纳。未来通过镁基固态储运氢技术的发展,将实现氢气的高安全、高效及大规模储运,助力中国氢能产业的发展。     

中国车用氢能潜力分析

 分析了中国氢气应用和生产的现状,利用实际工业生产数据,根据工业氢气制取、转化的应用原理,得出了中国氢气消费总量与相关化工产品产量的数量关系,确定了目前中国工业氢气的生产能力和副产氢资源。采用情景分析方法,预测了2050年前燃料电池汽车发展对应的氢能需求及面临的供应选择。分析结果表明,根据目前中国的规模化工企业的生产现状,每吨合成氨耗氢量178.18~182.44kg,每吨甲醇耗氢量126.45~142.26kg,根据2007年中国合成氨和甲醇的产量,对应氢气消费量分别达920万吨和130万吨。根据中国炼油加氢工艺耗氢量和近年加氢裂化和加氢处理加工量,耗氢量达180万吨。合计中国工业氢气消费量超过1200万吨,年均增长速度9%。此外,中国是世界重要的烧碱、钢铁和焦炭生产大国,根据每生产1吨烧碱副产270m3氢气,氯碱工业每年副产氢气约41.57万吨,同时1m3的焦炉煤气可制取约0.44m3的氢气,中国焦炉煤气蕴含563.86万吨的副产氢资源。合计超过600万吨的副产氢资源可供应686万辆燃料电池大客车或2703万辆乘用车的运行,是未来重要的车用氢能来源。通过设定缓慢、中等、快速发展情景假设,中国副产氢资源可满足燃料电池汽车在缓慢情景下到2050年对氢能的需求,在中等和快速发展情景下分别支持到2046年和2040年对氢能的需求。     

光生物产氢研究进展

光生物产氢利用光合微生物将太阳能转化为氢能,是生物产氢领域的一个重要发展方向.光合产氢生物主要包括蓝细菌、绿藻、光合细菌等3大类,它们的光生物产氢都有其各自的途径和机理,含有氢代谢相关的酶类(氢酶或固氮酶).光生物产氢反应器有管道式、板式和圆柱状等类型.提高光合产氢效率、降低光合产氢成本,是实现光生物产氢技术应用化的关键.     

氢气即将成为21世纪的新能源

科学家们展望,氢气将成为新世纪的新能源,氢原子将取代碳原子。那末,氢在哪里? 氢就蕴藏于浩瀚的海洋之中。我们知道,海洋的总体积约为13.7亿立方公里,若把其中的氢能提炼出来,就有1.4×10~(17)吨。可见氢能是取之不尽用之不竭的。电解水即可分解成氢和氧。 氢能源的最大优点是:一是资源丰富;二是对环境几乎没有危害,作为燃料燃烧时只生成水;三是氢的燃烧值高,每公斤氢燃烧后能放出142.35千焦耳热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍。 氢作为燃料面临的主要问题是成本问题,目前生产的氢,其成本比生产相同能量的汽油贵3倍。但专家们认为,由于氢能绝对有利于环境,所以即使     

固态质子导电器件的研究综述

固体中质子运动的科学与技术称为质子学．本文纵览了基于质子导电陶瓷的种种可能的质子学器件．这些器件不仅有利于提高当前的科技质量，同时也将有助于构建未来的氢能系统．质子学器件按其应用方式可以分为两类，一类是利用其电动势，另一类利用质子优先传输性能．原电池型的氢传感器和燃料电池属于前者，氢泵、蒸汽电解器和膜反应器属于后者．原则上由上述器件可以推演开发出更多的改进型式．应用钙钛矿型氧化物高温质子导电陶瓷，已经制备了几种质子导电器件，虽然尚处于实验室规模但已证明具有肯定的技术功能．     

氢能及其近期应用前景

着重从能源短缺与能源安全、环境保护、经济可持续发展和国际趋势阐明氢能的重要性，指出在研究氢能远期使用的燃料电池的同时，要重视氢作为氨内燃机的燃料是近期氢能应用的实际途径，特别是其中的氢气-天然气混合燃料已经可以南业化，建议我国示范、推广。     

氢能供应链中最佳运氢方式的选择

氢的运输在整个氢能供应链的经济、能耗和排放性能中占有很大比重。该文通过设计以运氢规模和运输距离为特征参数的"点对点"运输情景,对比分析了3种运氢方式(气氢拖车、气氢管道和液氢罐车)在不同情景参数下的成本、能耗和CO2排放特性。分析结果表明不同运氢方式适合不同的运输情景:在以经济性为主要评价指标的前提下,气氢拖车方式适合小规模、短距离运输;气氢管道方式适合大规模、中短距离运输;液氢罐车方式适合长距离运输。     

微通道重整技术在氢能领域的应用

众所周知,氢在石油化学工业中有着广泛的用途,氢作为化工原料对发展石油化学工业及农业均有着重要作用。然而,氢对于人类还有着更为重要的作用,这就是作为能源使用。氢能的开发利用首先必须解决氢源问题,大量廉价氢的生产是实现氢能利用的根本。氢是一种高密度能源,一般说来,生产氢要消耗大量的能量。因此,寻找一种低能耗、高效率制氢方法,是将氢能利用推向实用化、规模化的关键。     

院校新闻

北理工成功开发出氢燃料内燃机样机日前,北京理工大学攻克了综合电子控制、运行安全技术、氮氧排放控制等难关,成功开发出了具有超低排放的氢燃料内燃机样机,为我国氢能应用技术开辟了一个新的领域。氢能源经济是解决能源危机和环境污染问题的重要途径之一,氢燃料内燃机是实现氢能源经济的有效措施之一。机械与车辆工程学院热能与动力工程系刘福水教授领导的项目组对样机的开发成功为我国氢能应用技术开辟了一个新的领域,也标志着北京理工大学在该领域的研究居于国内领先水平。上海理工研制出农药残留现场检测技术日前,上海理工大学成功研究…     

氢能供应链中最佳运氢方式的选择

氢的运输在整个氢能供应链的经济、能耗和排放性能中占有很大比重。该文通过设计以运氢规模和运输距离为特征参数的"点对点"运输情景,对比分析了3种运氢方式(气氢拖车、气氢管道和液氢罐车)在不同情景参数下的成本、能耗和CO2排放特性。分析结果表明不同运氢方式适合不同的运输情景:在以经济性为主要评价指标的前提下,气氢拖车方式适合小规模、短距离运输;气氢管道方式适合大规模、中短距离运输;液氢罐车方式适合长距离运输。     

氢作为内燃机替代燃料的应用分析

本文主要从氢的制取、氢的物化特性、应用现状以及对发动机性能和排放的影响等几个方面进行介绍。经分析发现,从目前看,氢能源的来源及加氢网络将制约氢燃料汽车的推广;但从长远看,无论考虑资源还是考虑环保,氢燃料汽车都具有广阔发展的前景,而发展和利用氢能的技术很可能成为解决能源危机的最终方案。     

No.5:实现氢气的低温制备和存储

正氢能被誉为下一代二次清洁能源,但氢气的高效制备以及安全存储和运输一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。由于甲醇可以安全运输,将氢气存储于液体甲醇中,通过水和甲醇低温液相重整反应原位产氢,在释放出甲醇中存储的氢气的同时也活化等摩尔的水而释放出额外的氢气,就成为氢能利用的可行途径。这种过程装置简单、耗能低,容易和车载或固定聚合物电解质膜燃料电池整合,而