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与液氢相比,胶氢的优点有什么

来源:富氢水杯 编辑:James&Ani 时间:2019-07-29 09:00:50

氢气可以以气、液、固三种状态存在。气态形式的氢时最常见的。已经有许多论述介绍了气氢的物理、化学性质,制备、储运和用途等,这里不再重复叙述。

液氢性质

在101kPa压强下,温度-252.87℃时,气态氢可以变成无色的液态氢,两者缺一不可。

液氢是高能低温物质,其常见性质见表19-1。

表19-1标准条件下液氢性质(20°C,101.325kPa)

标准条件下液氢性质(20°C,101.325kPa)

①假设车用储氢的标准为:轿车的油耗为5L/100km,续驶里程为400km;质子交换膜燃料电池的氢气利用率100%,行驶400km需要354kg氢气。采用压缩储氢方式,氢气压力为30Mpa。

从表19-2可见,液氢作为燃料,其系统体积(50L)和质量(18.2kg)都比汽油系统要大。但液态氢的体积只有气态氢的1/800,随着燃料电池车和氢能的普及,氢气需求势必有所增加,液氢储运优势明显,利用液氢输送比气氢的效率要高6~8倍。

表19-2液氢、气氧与汽油比较

表19-2液氢、气氧与汽油比较

液氢外延产品

(1)凝胶液氢(胶氢)

为了提高密度,将氢气呼吸机液氢进一步冷冻,即得到液氢和固氢混合物, 即泥氢( slush hydrogen)。若在液氢中加入胶凝剂,则得到凝胶液氢( gelling liquid hydrogen),即胶氢。胶氢像液氢一样呈流动状态,但又有较高的密度。胶氢的密度与其成形的条件有关。文献[1]给出甲烷就是很好的胶凝剂,不同氢气与甲烷重量比例,会使胶氢的密度有很大变化。他们给出数据如表19-3所示。

表19-3胶氢H2CH混合比及其密度

表19-3胶氢H2CH混合比及其密度

和液氢相比,胶氢的优点如下

①液氢凝胶化以后黏度增加1.5~3.7倍,降低了泄漏带来的危险。

②减少蒸发损失。液氢凝胶化以后,蒸发速率仅为液氢的25%。

③减少液面晃动。液氢凝胶化以后,液面晃动减少了20%~30%,有助于长期储存,并可简化储罐结构。

④提高比冲。(比冲是内燃机的术语,比冲也叫比推力,是发动机推力与每秒消耗推进剂质量的比值。比冲的单位是N.s/kg),提高发射能力。

(2)深冷高压气体( Cryo-compressed hydrogen,CcH先看深冷高压氢气的相图,见图19-1。

深冷高压氢气相图

图19-1深冷高压氢气相图

从图19-1可见,深冷高压氢气的温度范围从20~230K,其密度与压力、温度有关,压力升高,储氢密度增大。在880Pa压力时,可达到90g/L。深冷高压氢气在38K、350Pa的密度为82g/L,为700Pa高压氢气的2倍。

德国宝马公司的深冷高压氢气储罐[2]已经安装在其氢燃料电池轿车上,110L水容积的35bar深冷高压氢气储罐可储存6kg氢气,而丰田122L水容积700bar储罐仅储存5kg氢气。

宝马公司用于氧燃料电池乘用车的深冷高压气体储罐

图19-2宝马公司用于氧燃料电池乘用车的深冷高压气体储罐

文献[3]详细介绍了深冷高压气体储存的热力学、设计和操作原则的新概念.

文献[4]给出深冷高压气体储罐的资料。第3代储罐资料见表19-4.

表19-4深冷高压气体储罐部分参数

深冷高压气体储罐部分参数

美国能源部的技术评估报告[5]肯定了深冷高压氢气系统的优点:运输氢气的次数会显著减少,储氢容量为700ba高压气氢的2倍。认为对开发氢燃料补给站是必需的。

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