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

為什么研究儲(chǔ)氫技術(shù)？

儲(chǔ)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(chǔ)方法。

氫可以以氣體或液體的形式儲(chǔ)存在物理裝置中。作為氣體儲(chǔ)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(chǔ)存氫氣需要低溫，因?yàn)樵谝粋€(gè)大氣壓下氫氣的沸點(diǎn)為?252.8°C。氫氣也可以儲(chǔ)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(dòng)，以推進(jìn)儲(chǔ)氫系統(tǒng)技術(shù)，開發(fā)新型儲(chǔ)氫材料。其目標(biāo)是提供足夠的氫儲(chǔ)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(chǔ)存目標(biāo)。到2020年，F(xiàn)CTO的目標(biāo)是開發(fā)和驗(yàn)證車載氫存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，使氫燃料車輛平臺(tái)能夠滿足客戶對(duì)航程、客貨空間、加油時(shí)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(chǔ)氫容量）。

協(xié)同儲(chǔ)氫工程卓越中心開展分析活動(dòng)，以確定基于材料的儲(chǔ)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(chǔ)存材料中氫的形成和釋放有關(guān)。

挑戰(zhàn)

高密度儲(chǔ)氫對(duì)于固定和便攜式應(yīng)用是一個(gè)挑戰(zhàn)，對(duì)于運(yùn)輸應(yīng)用仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。目前可用的儲(chǔ)存方式通常需要大容量的系統(tǒng)來儲(chǔ)存氣態(tài)氫。對(duì)于固定應(yīng)用來說，這不是一個(gè)問題，因?yàn)閴嚎s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(dòng)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(dòng)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(chǔ)存壓縮氣體。對(duì)于較大的車輛來說，所需的大存儲(chǔ)量可能影響較小，但在所有輕型平臺(tái)上提供充足的氫存儲(chǔ)仍然是一個(gè)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(chǔ)氫能力為5–13千克，以滿足輕型車輛平臺(tái)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(chǔ)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(chǔ)存，其中增加氫密度和絕緣壓力容器可實(shí)現(xiàn)能源部目標(biāo)；（2）基于材料的儲(chǔ)氫技術(shù)，包括吸附劑、化學(xué)儲(chǔ)氫材料和金屬氫化物，具有潛在的性能。達(dá)到能源部的儲(chǔ)氫目標(biāo)。