美國燃料電池技術(shù)辦公室（FCTO）正在開發(fā)車載氫存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足行駛超過300英里的里程，同時滿足成本、安全和性能要求。

為什么研究儲氫技術(shù)？

儲氫是提高氫和燃料電池技術(shù)在固定能源、便攜式能源和運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。氫的單位質(zhì)量能量是任何燃料中最高的；但是，它的低環(huán)境溫度密度導(dǎo)致單位體積的能量較低，因此需要開發(fā)具有較高能量密度潛力的先進(jìn)存儲方法。

氫可以以氣體或液體的形式儲存在物理裝置中。作為氣體儲存氫氣通常需要高壓罐（350–700巴[5000–10000磅/平方英寸]罐壓）。作為液體儲存氫氣需要低溫，因為在一個大氣壓下氫氣的沸點為?252.8°C。氫氣也可以儲存在固體表面（通過吸附）或固體內(nèi)（通過吸收）。

FCTO開展研究和開發(fā)活動，以推進(jìn)儲氫系統(tǒng)技術(shù)，開發(fā)新型儲氫材料。其目標(biāo)是提供足夠的氫儲存，以滿足美國能源部（DOE）的車載輕型車輛、材料裝卸設(shè)備和便攜式電力應(yīng)用的氫儲存目標(biāo)。到2020年，F(xiàn)CTO的目標(biāo)是開發(fā)和驗證車載氫存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)目標(biāo)，使氫燃料車輛平臺能夠滿足客戶對航程、客貨空間、加油時間和車輛總體性能的性能預(yù)期。

具體的系統(tǒng)目標(biāo)包括：

1.5kWh/kg系統(tǒng)（4.5wt.%氫氣）

1.0kWh/l系統(tǒng)（0.030kg氫/升）

10美元/kWh（$333/kg儲氫容量）。

協(xié)同儲氫工程卓越中心開展分析活動，以確定基于材料的儲存系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)狀。氫材料先進(jìn)研究聯(lián)盟（hymarc）進(jìn)行基礎(chǔ)研究，以了解氫與材料之間的相互作用與氫儲存材料中氫的形成和釋放有關(guān)。

挑戰(zhàn)

高密度儲氫對于固定和便攜式應(yīng)用是一個挑戰(zhàn)，對于運(yùn)輸應(yīng)用仍然是一個重大挑戰(zhàn)。目前可用的儲存方式通常需要大容量的系統(tǒng)來儲存氣態(tài)氫。對于固定應(yīng)用來說，這不是一個問題，因為壓縮氣體罐的占地面積可能不那么重要。

美國輕型汽車銷售按行駛里程分布。

然而，燃料電池驅(qū)動的汽車需要足夠的氫來提供超過300英里的行駛里程，從而能夠快速、輕松地為汽車加油。雖然一些輕型氫燃料電池電動汽車（FCEV）已經(jīng)上市，但這些汽車將依賴于使用大容量、高壓復(fù)合容器的儲存壓縮氣體。對于較大的車輛來說，所需的大存儲量可能影響較小，但在所有輕型平臺上提供充足的氫存儲仍然是一個挑戰(zhàn)。上圖表顯示，目前銷售的大多數(shù)車輛都能夠超過這一最小值。

基于較低加熱值的幾種燃料比能（質(zhì)量能量或重量密度）和能量密度（體積能量或體積密度）的比較。

在質(zhì)量基礎(chǔ)上，氫的能量幾乎是汽油的三倍，氫的能量為120MJ/kg，而汽油的能量為44MJ/kg。然而，在體積的基礎(chǔ)上，情況是相反的：液態(tài)氫的密度為8mJ/l，而汽油的密度為32mJ/l，如圖所示，根據(jù)較低的加熱值比較燃料的能量密度。車載儲氫能力為5–13千克，以滿足輕型車輛平臺全系列的行駛范圍。

為了克服這些挑戰(zhàn)，F(xiàn)CTO正在尋求兩種戰(zhàn)略途徑，目標(biāo)是短期和長期解決方案。近期的途徑主要集中在壓縮氣體儲存，采用先進(jìn)的壓力容器，由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，能夠達(dá)到700巴的壓力，主要強(qiáng)調(diào)降低系統(tǒng)成本。長期路徑集中于（1）冷或低溫壓縮氫儲存，其中增加氫密度和絕緣壓力容器可實現(xiàn)能源部目標(biāo)；（2）基于材料的儲氫技術(shù)，包括吸附劑、化學(xué)儲氫材料和金屬氫化物，具有潛在的性能。達(dá)到能源部的儲氫目標(biāo)。