中南大學(xué)燃料電池課件 第2章 燃料電池的燃料與氧化劑供應(yīng)

1、中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系純氫純氫 低溫燃料電池（低溫燃料電池（AFC，PAFC,PEMFC）天然氣、煤層氣氫天然氣、煤層氣氫 高溫燃料電池（高溫燃料電池（MCFC，SOFC）甲醇甲醇高溫燃料電池（高溫燃料電池（DMFC）中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系煤、石油、油頁巖、天然氣、油砂煤、石油、油頁巖、天然氣、油砂石油石油 u 成分：碳成分：碳 84-87% 氫氫 12-14% 硫、氧、磷釩等硫、氧、磷釩等 1-2%u 組成：組成： 碳?xì)浠衔飿?gòu)成的烴類碳?xì)浠衔飿?gòu)成的烴類 95-99% 烷烴（石蠟基石油）烷烴（石蠟基石油） 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 芳香烴（環(huán)

2、烴基石油）芳香烴（環(huán)烴基石油） u 密度密度 ：0.8-1.0g/cm3（中間基石油）（中間基石油） 中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系石油精制石油精制 去除含硫、氮、氧的化合物，包括蠟和膠等成分去除含硫、氮、氧的化合物，包括蠟和膠等成分酸堿精制酸堿精制u 酸精制：酸精制： 硫酸處理硫酸處理 硫化物，氮化物，膠質(zhì)硫化物，氮化物，膠質(zhì)u 堿精制：燒堿水溶液堿精制：燒堿水溶液 氧化物、硫化物氧化物、硫化物 、硫酸、硫酸脫臭脫臭 硫醇硫醇加氫加氫 溶劑精制溶劑精制 脫蠟脫蠟 分子篩吸附分子篩吸附 精制航空煤油、茶油精制航空煤油、茶油白土精制白土精制 SiO2 和和Al2O3中南大學(xué)

3、機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系低硫輕質(zhì)石油及液化石油氣低硫輕質(zhì)石油及液化石油氣 u 低硫輕質(zhì)石油低硫輕質(zhì)石油 一種原油，世界上對(duì)一種天然一種原油，世界上對(duì)一種天然物品最大宗的期貨合交易。汽油、柴油、航空物品最大宗的期貨合交易。汽油、柴油、航空燃油等產(chǎn)生量很高燃油等產(chǎn)生量很高u 液化石油氣（液化石油氣（LPG ） 石油產(chǎn)品之一，由煉油石油產(chǎn)品之一，由煉油廠的氣或天然氣加壓、降溫、液化得到的一種廠的氣或天然氣加壓、降溫、液化得到的一種無色的揮發(fā)性其他。適應(yīng)于偏遠(yuǎn)地區(qū)沒有氣體無色的揮發(fā)性其他。適應(yīng)于偏遠(yuǎn)地區(qū)沒有氣體管道設(shè)施的固定式發(fā)電燃料電池系統(tǒng)、車載燃管道設(shè)施的固定式發(fā)電燃料電池系統(tǒng)

4、、車載燃料電池系統(tǒng)料電池系統(tǒng)中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系3 天然氣天然氣 u 主要成分：主要成分：CH4（乙烷、丙烷、丁烷）（乙烷、丙烷、丁烷）u 干氣、濕氣、酸氣、脫硫氣、天然瓦斯干氣、濕氣、酸氣、脫硫氣、天然瓦斯u 2050年一次性能源消費(fèi)比重將達(dá)到年一次性能源消費(fèi)比重將達(dá)到30%，成第，成第一能源一能源4 煤和煤氣煤和煤氣 u 主要成分：碳、氧、氮等元素主要成分：碳、氧、氮等元素u 分類：泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤（民用）分類：泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤（民用）u 煤氣化技術(shù)煤氣化技術(shù) 將固態(tài)煤轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的煤炭將固態(tài)煤轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的煤炭熱加工過程熱加工過程 提高

5、利用價(jià)值和效率提高利用價(jià)值和效率中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系通過生物資源或生活垃圾生產(chǎn)的燃料。通過生物資源或生活垃圾生產(chǎn)的燃料。生物質(zhì)獲得燃料的主要途徑生物質(zhì)獲得燃料的主要途徑u 直接燃燒直接燃燒u 高溫分解、加氫氣化、厭氧消化高溫分解、加氫氣化、厭氧消化 沼氣沼氣u 發(fā)酵發(fā)酵 乙醇乙醇u 熱化學(xué)手段熱化學(xué)手段 合成氣合成氣甲醇或氨氣甲醇或氨氣u 加氫或合成氣加氫或合成氣/費(fèi)托合成途徑轉(zhuǎn)化成液態(tài)烷烴費(fèi)托合成途徑轉(zhuǎn)化成液態(tài)烷烴氫是宇宙中氫是宇宙中最豐富的元素最豐富的元素，在地球上的含量排，在地球上的含量排第三第三。除了空氣中的少量氫氣，絕大部分氫元素都以除了空氣中的少量氫

6、氣，絕大部分氫元素都以化合物化合物形態(tài)存形態(tài)存在，主要存在在，主要存在水水中。中。若把全球水中的氫都提煉出來，約有若把全球水中的氫都提煉出來，約有15億億噸，所產(chǎn)生的熱億億噸，所產(chǎn)生的熱量是地球上量是地球上化石燃料的化石燃料的9000倍倍。氫在元素周期表中排在首位，是已知?dú)湓谠刂芷诒碇信旁谑孜?，是已知最輕的元素最輕的元素。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫氣為下，氫氣為無色無味的氣體無色無味的氣體，密度是空氣的，密度是空氣的1/14.5。發(fā)現(xiàn)故事：發(fā)現(xiàn)故事：氫的發(fā)現(xiàn)和命名氫的發(fā)現(xiàn)和命名英國(guó)英國(guó)化學(xué)家化學(xué)家和和物理學(xué)家物理學(xué)家卡文迪許卡文迪許（Cavendish，H.1731-1810）。 1766年年

7、人造空氣實(shí)人造空氣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，（1）氫燃料）氫燃料氫的氫的含熱量很高含熱量很高，燃燒時(shí)釋放熱量，燃燒時(shí)釋放熱量140MJ/kg。氫氣氫氣燃燒性能燃燒性能好，點(diǎn)燃快，燃點(diǎn)高，混入好，點(diǎn)燃快，燃點(diǎn)高，混入4%74%的空氣時(shí)的空氣時(shí)仍能穩(wěn)定燃燒。仍能穩(wěn)定燃燒。氫是氫是最清潔最清潔的燃料，燃燒后只生成水和微量的氮化氫。氮化的燃料，燃燒后只生成水和微量的氮化氫。氮化氫經(jīng)適當(dāng)處理后也不污染環(huán)境。氫經(jīng)適當(dāng)處理后也不污染環(huán)境。將來，氫有可能取代石油，成為使用最廣泛的燃料之一。將來，氫有可能取代石油，成為使用最廣泛的燃料之一。1.1.氫能及其利用方式氫能及其利用方式（2）氫的核聚變）氫的核聚變氫的核能利用，理論基礎(chǔ)

8、是愛因斯坦的氫的核能利用，理論基礎(chǔ)是愛因斯坦的相對(duì)論相對(duì)論。發(fā)生質(zhì)量虧。發(fā)生質(zhì)量虧損時(shí)釋放出的能量為損時(shí)釋放出的能量為E = mc2。1g1g的氫聚變?yōu)楹?，質(zhì)量損失的氫聚變?yōu)楹ぃ|(zhì)量損失0.711%0.711%，能釋放多少能量？，能釋放多少能量？氫的氫的核聚變能量核聚變能量比鈾原子核裂變釋放的能量大若干倍。比鈾原子核裂變釋放的能量大若干倍。且核且核聚變過程中聚變過程中沒有放射性沒有放射性，對(duì)環(huán)境，對(duì)環(huán)境無污染無污染。一旦受控的氫核聚變獲得成功，人類的能源與環(huán)境問題將得一旦受控的氫核聚變獲得成功，人類的能源與環(huán)境問題將得到根本的解決。到根本的解決。2 2 氫的制取氫的制取氫能氫能，通常指游離的，

9、通常指游離的分子氫分子氫H2所具有的能量。所具有的能量。地球上的氫元素相當(dāng)豐富，但地球上的氫元素相當(dāng)豐富，但游離態(tài)的很稀少游離態(tài)的很稀少。氫通常以化合物形態(tài)存在于水、生物質(zhì)和礦物質(zhì)燃料中。從氫通常以化合物形態(tài)存在于水、生物質(zhì)和礦物質(zhì)燃料中。從這些物質(zhì)中獲取氫，需要消耗大量的能量。這些物質(zhì)中獲取氫，需要消耗大量的能量。中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系可通過化石能源、核能、可再生能源制取?？赏ㄟ^化石能源、核能、可再生能源制取。u 煤制氫煤制氫u 電解水制氫電解水制氫u 天然氣制氫天然氣制氫u 烴類部分氧化制氫烴類部分氧化制氫（1）煤為原料制氫）煤為原料制氫煤制氫過程煤制氫過程煤

10、制氫的本質(zhì)是煤制氫的本質(zhì)是用碳置換用碳置換水中的水中的氫氫，生成，生成H2和和CO2。發(fā)生的化發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是學(xué)反應(yīng)是C+2H2OCO2+2H2方法主要有兩種：方法主要有兩種：一是煤的焦化一是煤的焦化，隔絕空氣隔絕空氣以以9001000高溫高溫制取制取焦碳焦碳，副產(chǎn)，副產(chǎn)品為品為焦?fàn)t煤氣（含焦?fàn)t煤氣（含5560的氫氣）的氫氣）。二是煤的氣化二是煤的氣化，在高溫下與，在高溫下與水蒸汽水蒸汽或或氧氣氧氣(空氣空氣)等發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)等發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣體產(chǎn)物。氫氣含量與氣化方法有關(guān)?；蓺怏w產(chǎn)物。氫氣含量與氣化方法有關(guān)。煤氣化技術(shù)煤氣化技術(shù) 按氣化爐內(nèi)煤料與氣化劑的接觸方式區(qū)分：固定床、流化按氣化爐內(nèi)煤料

11、與氣化劑的接觸方式區(qū)分：固定床、流化床、氣流床、熔浴床氣化技術(shù)。床、氣流床、熔浴床氣化技術(shù)。將處于地下的煤炭在一將處于地下的煤炭在一定控制條件下進(jìn)行有控定控制條件下進(jìn)行有控制的燃燒，通過煤的熱制的燃燒，通過煤的熱作用及化學(xué)作用產(chǎn)生可作用及化學(xué)作用產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。燃?xì)怏w的過程。（2）天然氣制氫）天然氣制氫天然氣的主要成分甲烷含有氫元素，制氫方式主要有兩種。天然氣的主要成分甲烷含有氫元素，制氫方式主要有兩種。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫，其化學(xué)反應(yīng)為制氫，其化學(xué)反應(yīng)為CH4 + 2H2O 4H2 +CO2這種傳統(tǒng)制氫過程伴有大量的二氧化碳排放。這種傳統(tǒng)制氫過程伴有大量的二氧化碳排放。甲烷甲

12、烷(催化催化)高溫裂解制氫高溫裂解制氫，制取，制取H2的同時(shí)，還能得到碳，而的同時(shí)，還能得到碳，而不向大氣排放不向大氣排放CO2。該法技術(shù)簡(jiǎn)單，但是制造成本不低。該法技術(shù)簡(jiǎn)單，但是制造成本不低。主要過程：主要過程： 脫硫脫硫 催化劑失活催化劑失活 高溫脫硫（加氫）、低溫脫硫（混合金屬混合高溫脫硫（加氫）、低溫脫硫（混合金屬混合物）物）強(qiáng)吸熱反應(yīng)、啟動(dòng)慢、能耗高、制氫能力低、設(shè)備規(guī)模大且成本高天然氣中的高級(jí)烴類比甲烷活潑，高級(jí)烴類傾向于結(jié)焦，傳統(tǒng)的Ni基催化劑容易失活。預(yù)重整：高級(jí)烴類CH4、COX、H2、H2O優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)：u不需要外部重整器，成本降低不需要外部重整器，成本降低u需要的水蒸氣更少

13、（陽極反應(yīng)可產(chǎn)需要的水蒸氣更少（陽極反應(yīng)可產(chǎn)生）生）u電池中氫氣更多，溫度分布更均勻電池中氫氣更多，溫度分布更均勻u氫氣不斷產(chǎn)生，同時(shí)不斷被消化，氫氣不斷產(chǎn)生，同時(shí)不斷被消化，甲烷轉(zhuǎn)化率高甲烷轉(zhuǎn)化率高u系統(tǒng)效率更高，內(nèi)部重整可以有效系統(tǒng)效率更高，內(nèi)部重整可以有效冷卻電堆，減少陰極對(duì)空氣的需求冷卻電堆，減少陰極對(duì)空氣的需求量，降低空氣壓縮及循環(huán)要求。量，降低空氣壓縮及循環(huán)要求。分類：分類：直接內(nèi)部重整直接內(nèi)部重整 （陽極板內(nèi)進(jìn)行）（陽極板內(nèi)進(jìn)行） 間接內(nèi)部重整（重整器與熱堆相連）間接內(nèi)部重整（重整器與熱堆相連）（3）甲醇制氫）甲醇制氫 醇類可以通過化學(xué)燃料制取，也可以通過生物質(zhì)制取，來醇類可以通

14、過化學(xué)燃料制取，也可以通過生物質(zhì)制取，來源豐富。甲醇作為富氫物質(zhì)，具有能量密度高、運(yùn)輸和儲(chǔ)源豐富。甲醇作為富氫物質(zhì)，具有能量密度高、運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便等優(yōu)點(diǎn)，適宜用于各種規(guī)模的制氫過程的原料。存方便等優(yōu)點(diǎn)，適宜用于各種規(guī)模的制氫過程的原料。 （與天然氣類似）（與天然氣類似）水蒸氣重整制氫水蒸氣重整制氫 部分氧化重整制氫部分氧化重整制氫 自熱重整制氫自熱重整制氫CH3 3OH+H2 2O=CO2 2+3H2-49.5 KJ/moll水醇比增加水醇比增加 轉(zhuǎn)化率和氫氣濃度提高轉(zhuǎn)化率和氫氣濃度提高l反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度 裂解趨勢(shì)增強(qiáng)裂解趨勢(shì)增強(qiáng)快速放熱反應(yīng)。會(huì)產(chǎn)生局部過熱使催化劑燒結(jié)。快速放熱反應(yīng)。會(huì)產(chǎn)生局

15、部過熱使催化劑燒結(jié)。CHCH3 3OH(l)+1/2OOH(l)+1/2O2 2 2H 2H2 2+CO+CO2 2 +192.2 KJ/mol部分氧化制氫部分氧化制氫+ +水蒸氣重整水蒸氣重整理想狀態(tài)理想狀態(tài) ： 同時(shí)進(jìn)行同時(shí)進(jìn)行實(shí)際狀態(tài)實(shí)際狀態(tài) ： 催化劑床層前部分：催化劑床層前部分： 放熱的部分氧化，放熱的部分氧化，O2 O2 0 0 催化劑床層后部分：催化劑床層后部分： 水蒸氣重整、裂解、水蒸氣重整、裂解、COCO水蒸氣交換水蒸氣交換氧氣在催化劑床層內(nèi)的分布（關(guān)鍵因素）氧氣在催化劑床層內(nèi)的分布（關(guān)鍵因素）CHCH3 3OHOHCO+CO+2 2H H2 2-90.5 KJ/mol過渡金

16、屬催化劑過渡金屬催化劑實(shí)用性差：實(shí)用性差：CO 燃料電池催化劑中毒燃料電池催化劑中毒20ppm 氫大多存在水中，將水分解制取氫氣是最直接的方式。氫大多存在水中，將水分解制取氫氣是最直接的方式。（3）水分解制）水分解制氫氫1）電解水制氫）電解水制氫 4%水的水的電解過程電解過程就是在就是在導(dǎo)電的水溶液導(dǎo)電的水溶液中通中通電電，將水分解成，將水分解成H2 和和O2。其反應(yīng)式為：其反應(yīng)式為：水電解操作簡(jiǎn)便，制得的水電解操作簡(jiǎn)便，制得的氫氣純度高氫氣純度高，但需，但需消耗電能消耗電能。常壓下電解制氫的能量效率一般在常壓下電解制氫的能量效率一般在70%左右。為提高效率，左右。為提高效率，通常在通常在3.

17、05.0MPa的壓力下進(jìn)行。的壓力下進(jìn)行。主要三種：主要三種： 堿性電解槽、聚合物電解槽、固體氧化物電解槽堿性電解槽、聚合物電解槽、固體氧化物電解槽 由直流電源、電解槽箱體、陰極、陽極、電解液由直流電源、電解槽箱體、陰極、陽極、電解液和隔膜組成。和隔膜組成。主要由電極和聚合物隔膜組成，其電解過程主要是主要由電極和聚合物隔膜組成，其電解過程主要是PEMFC發(fā)電的反發(fā)電的反過程。在陽極，水被電解為氧氣和電子。過程。在陽極，水被電解為氧氣和電子。H離子和離子和H2O結(jié)合成結(jié)合成H3O，在電場(chǎng)下穿過聚合膜，在陰極與電子結(jié)合成氫氣。在電場(chǎng)下穿過聚合膜，在陰極與電子結(jié)合成氫氣。優(yōu)點(diǎn)：電流密度和效率高、優(yōu)點(diǎn)

18、：電流密度和效率高、能耗低、質(zhì)量和體積小、能耗低、質(zhì)量和體積小、電解質(zhì)膜為非透氣性膜、電解質(zhì)膜為非透氣性膜、非腐蝕性。非腐蝕性。缺點(diǎn)缺點(diǎn) ：價(jià)格昂貴：價(jià)格昂貴2）高溫水蒸氣分解制氫）高溫水蒸氣分解制氫水直接分解需要水直接分解需要2227以上的溫度，工程實(shí)現(xiàn)難度很大。為以上的溫度，工程實(shí)現(xiàn)難度很大。為降低分解溫度，可采用多步驟熱化學(xué)反應(yīng)制造氫氣。降低分解溫度，可采用多步驟熱化學(xué)反應(yīng)制造氫氣。其化學(xué)反應(yīng)通式為其化學(xué)反應(yīng)通式為X為為中間媒體中間媒體，僅參與反應(yīng)，并不消耗，但是因其反應(yīng)呈氣態(tài)，僅參與反應(yīng)，并不消耗，但是因其反應(yīng)呈氣態(tài)，很易和氧氣發(fā)生反應(yīng)而重新生成氧化物。因此，需將它們從很易和氧氣發(fā)生反

19、應(yīng)而重新生成氧化物。因此，需將它們從產(chǎn)物中分離出來。整個(gè)過程僅僅消耗水和一定的熱量。產(chǎn)物中分離出來。整個(gè)過程僅僅消耗水和一定的熱量。3）等離子體制造氫氣過程）等離子體制造氫氣過程用用電場(chǎng)電弧電場(chǎng)電弧能將水加熱到能將水加熱到5000，分解成，分解成H、H2、O、O2、OH和水。和水。要使等離子體中氫組分含量穩(wěn)定，就必須使氫不再和氧結(jié)合。要使等離子體中氫組分含量穩(wěn)定，就必須使氫不再和氧結(jié)合。該過程該過程能耗很高能耗很高，因而制氫，因而制氫成本很高成本很高。我國(guó)的氫氣生產(chǎn)，除了用我國(guó)的氫氣生產(chǎn)，除了用化石燃料化石燃料以外，其余的主要都通過以外，其余的主要都通過水電解法水電解法生產(chǎn)。不產(chǎn)生溫室氣體，但

20、是生產(chǎn)成本較高。生產(chǎn)。不產(chǎn)生溫室氣體，但是生產(chǎn)成本較高。1）生物質(zhì)氣化制氫）生物質(zhì)氣化制氫將生物質(zhì)原料將生物質(zhì)原料壓制成型壓制成型，在，在氣化爐氣化爐（或裂解爐）中進(jìn)行反應(yīng)（或裂解爐）中進(jìn)行反應(yīng)制得制得含氫的混合燃料氣含氫的混合燃料氣。其中的碳?xì)浠衔镌倥c水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成其中的碳?xì)浠衔镌倥c水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成H2 和和CO2（參（參見天然氣制氫）見天然氣制氫）。（4 4）生物制生物制氫氫2）微生物制氫）微生物制氫在常溫常壓下利用在常溫常壓下利用微生物微生物進(jìn)行進(jìn)行酶催化酶催化反應(yīng)制得氫氣。反應(yīng)制得氫氣。用于制氫的微生物有兩大類：用于制氫的微生物有兩大類：光合細(xì)菌光合細(xì)菌或藻類，或藻類，在

21、光照作用下使有機(jī)酸分解出在光照作用下使有機(jī)酸分解出H2和和CO2；厭氧菌厭氧菌，利用碳水化合物及蛋白質(zhì)等，利用碳水化合物及蛋白質(zhì)等，發(fā)酵產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)生H2、CO2和有機(jī)酸。和有機(jī)酸。江河湖海中的某些藻類、細(xì)菌，有這種功能。江河湖海中的某些藻類、細(xì)菌，有這種功能。1）間接制氫）間接制氫太陽能間接制氫法主要是太陽能間接制氫法主要是太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電電解水制氫電解水制氫。未來未來規(guī)模化規(guī)?；茪渥罹哂形η易罹攥F(xiàn)實(shí)意義的途徑。制氫最具有吸引力且最具現(xiàn)實(shí)意義的途徑。（5）太陽能制）太陽能制氫氫2）直接制氫）直接制氫（兩種方法）（兩種方法）熱分解法熱分解法，用用太陽能太陽能直接直接裂解水裂解水，得到氫

22、和氧。須將水加熱至，得到氫和氧。須將水加熱至很高溫度，反應(yīng)才有實(shí)際應(yīng)用的可能，困難較大。很高溫度，反應(yīng)才有實(shí)際應(yīng)用的可能，困難較大。光分解法光分解法，光量子光量子可使水等含氫化合物分子中氫鍵斷裂，效率可使水等含氫化合物分子中氫鍵斷裂，效率較低。較低。核能制氫：核能制氫：利用發(fā)電過程中產(chǎn)生的高溫、熱量和電力進(jìn)行利用發(fā)電過程中產(chǎn)生的高溫、熱量和電力進(jìn)行水蒸氣重整制氫和熱化學(xué)分解與高溫電解水制氫。水蒸氣重整制氫和熱化學(xué)分解與高溫電解水制氫。熱化學(xué)循環(huán)制氫：熱化學(xué)循環(huán)制氫： 使水在使水在800-1000度下進(jìn)行催化熱分解，度下進(jìn)行催化熱分解，制取氫氣和氧氣。制取氫氣和氧氣。碘硫循環(huán)制氫：碘硫循環(huán)制氫：

23、該過程所需溫度略低（700750 oC）。它包括如下4步熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)：CaBr2 + H2OCaO + 2HBr 700750CaO + Br2CaBr2 + 1/2 O2 500600Fe3O4 + 8HBr3FeBr2 + 4H2O + Br2 2003003FeBr2 + 4H2OFe3O4 + 6HBr + H2 550600第1步反應(yīng)用CaBr2將水高溫裂解(吸熱); 第2步用Br2再生CaBr2, 并放出O2; 第3步用Fe3O4再生Br2(放熱); 第4步在高溫下用水蒸氣再生Fe3O4(吸熱), 并放出H2。日本JAERI對(duì)這一過程作過較多研究。中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大

24、學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程系4 4 氫的純化氫的純化氫氣中含有的氫氣中含有的CO或其他雜質(zhì)的混合氣體會(huì)引起催化或其他雜質(zhì)的混合氣體會(huì)引起催化劑發(fā)生中毒，從而導(dǎo)致電池性能急劇下降。劑發(fā)生中毒，從而導(dǎo)致電池性能急劇下降。變壓吸附低溫吸附冷凝法膜分離金屬氧化物分離法CO水蒸氣變換反應(yīng)甲烷化反應(yīng)CO選擇性氧化反應(yīng)4 4 氫的儲(chǔ)存氫的儲(chǔ)存氫能的儲(chǔ)存很關(guān)鍵，是目前氫能開發(fā)的主要技術(shù)障礙。氫能的儲(chǔ)存很關(guān)鍵，是目前氫能開發(fā)的主要技術(shù)障礙。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫的密度氫的密度是是空氣的空氣的1/14.5，氫氣氫氣很難高密度很難高密度儲(chǔ)存。儲(chǔ)存。而且，氫還是而且，氫還是

25、易燃易燃、易爆易爆的高能燃料。的高能燃料。安全性安全性最重要，不過在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)充分考慮，并且在使用中多最重要，不過在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)充分考慮，并且在使用中多能夠滿足。能夠滿足。單位質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度單位質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度，即，即儲(chǔ)氫質(zhì)量?jī)?chǔ)氫質(zhì)量與整個(gè)與整個(gè)儲(chǔ)氫單元儲(chǔ)氫單元的的質(zhì)量之比質(zhì)量之比，是衡量氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是否先進(jìn)的主要指標(biāo)。是衡量氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是否先進(jìn)的主要指標(biāo)。(1)(1)對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的要求對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的要求儲(chǔ)氫設(shè)備儲(chǔ)氫設(shè)備使用的方便性使用的方便性也是很重要的要求，例如充放氫氣的時(shí)也是很重要的要求，例如充放氫氣的時(shí)間、使用的環(huán)境溫度等。間、使用的環(huán)境溫度等?？梢韵裉烊粴庖粯佑每梢韵裉烊粴庖粯佑妹芊夤廾芊夤薜蛪?/p>

26、儲(chǔ)存，不過因氫氣密度太低，低壓儲(chǔ)存，不過因氫氣密度太低，只只適合大規(guī)模儲(chǔ)存適合大規(guī)模儲(chǔ)存，應(yīng)用不多。，應(yīng)用不多。一般將氫氣壓縮到一般將氫氣壓縮到1540MPa高壓高壓，裝入鋼瓶中儲(chǔ)存和運(yùn)輸。，裝入鋼瓶中儲(chǔ)存和運(yùn)輸。新型復(fù)合高壓氫氣瓶新型復(fù)合高壓氫氣瓶（耐壓（耐壓35MPa）儲(chǔ)氫密度可達(dá)）儲(chǔ)氫密度可達(dá)2%。高壓儲(chǔ)氫高壓儲(chǔ)氫動(dòng)態(tài)響應(yīng)最好，能瞬間通斷，實(shí)際使用最廣泛。動(dòng)態(tài)響應(yīng)最好，能瞬間通斷，實(shí)際使用最廣泛。不過不過有安全隱患有安全隱患。氫氣在氫氣在-252.7低溫下可以變?yōu)橐后w。液體的氫可以儲(chǔ)存在絕低溫下可以變?yōu)橐后w。液體的氫可以儲(chǔ)存在絕熱的低溫容器中。熱的低溫容器中。液氫的液氫的單位體積含能量很

27、高單位體積含能量很高，比高壓氣態(tài)儲(chǔ)存高好幾倍。，比高壓氣態(tài)儲(chǔ)存高好幾倍。液氫的理論體積密度只有液氫的理論體積密度只有70kg/m3。考慮容器和附件的體積，。考慮容器和附件的體積，儲(chǔ)氫密度儲(chǔ)氫密度還遠(yuǎn)達(dá)不到這一數(shù)值。還遠(yuǎn)達(dá)不到這一數(shù)值。液氫儲(chǔ)運(yùn)的最大液氫儲(chǔ)運(yùn)的最大優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高，目前可做到，目前可做到5%以上，以上，存在的存在的問題問題是是蒸發(fā)損失蒸發(fā)損失與與成本成本問題。問題。(2)(2)液液氫的儲(chǔ)存氫的儲(chǔ)存大的液氫儲(chǔ)罐存在大的液氫儲(chǔ)罐存在熱分層問題熱分層問題。因此，大的儲(chǔ)罐都備有緩慢的。因此，大的儲(chǔ)罐都備有緩慢的攪拌裝置攪拌裝置以以阻止熱分層阻止熱分層。某些金屬某些金屬具有具有捕捉氫的能力捕捉氫的能力，在一定的溫度和壓力條件下，能，在一定的溫度和壓力條件下，能大量