美国燃料电池技术办公室正在开发车载氢存储系统

美国燃料电池技术办公室（FCTO）正在开发车载氢存储系统，该系统满足行驶超过300英里的里程，同时满足成本、安全和性能要求。

为什么研究储氢技术？

储氢是提高氢和燃料电池技术在固定能源、便携式能源和运输等应用中的关键技术。氢的单位质量能量是任何燃料中最高的；但是，它的低环境温度密度导致单位体积的能量较低，因此需要开发具有较高能量密度潜力的先进存储方法。

氢可以以气体或液体的形式储存在物理装置中。作为气体储存氢气通常需要高压罐（350–700巴[5000–10000磅/平方英寸]罐压）。作为液体储存氢气需要低温，因为在一个大气压下氢气的沸点为?252.8°C。氢气也可以储存在固体表面（通过吸附）或固体内（通过吸收）。

FCTO开展研究和开发活动，以推进储氢系统技术，开发新型储氢材料。其目标是提供足够的氢储存，以满足美国能源部（DOE）的车载轻型车辆、材料装卸设备和便携式电力应用的氢储存目标。到2020年，FCTO的目标是开发和验证车载氢存储系统，实现目标，使氢燃料车辆平台能够满足客户对航程、客货空间、加油时间和车辆总体性能的性能预期。

具体的系统目标包括：

1.5kWh/kg系统（4.5wt.%氢气）

1.0kWh/l系统（0.030kg氢/升）

10美元/kWh（$333/kg储氢容量）。

协同储氢工程卓越中心开展分析活动，以确定基于材料的储存系统技术的现状。氢材料先进研究联盟（hymarc）进行基础研究，以了解氢与材料之间的相互作用与氢储存材料中氢的形成和释放有关。

挑战

高密度储氢对于固定和便携式应用是一个挑战，对于运输应用仍然是一个重大挑战。目前可用的储存方式通常需要大容量的系统来储存气态氢。对于固定应用来说，这不是一个问题，因为压缩气体罐的占地面积可能不那么重要。

美国轻型汽车销售按行驶里程分布。

然而，燃料电池驱动的汽车需要足够的氢来提供超过300英里的行驶里程，从而能够快速、轻松地为汽车加油。虽然一些轻型氢燃料电池电动汽车（FCEV）已经上市，但这些汽车将依赖于使用大容量、高压复合容器的储存压缩气体。对于较大的车辆来说，所需的大存储量可能影响较小，但在所有轻型平台上提供充足的氢存储仍然是一个挑战。上图表显示，目前销售的大多数车辆都能够超过这一最小值。

基于较低加热值的几种燃料比能（质量能量或重量密度）和能量密度（体积能量或体积密度）的比较。

在质量基础上，氢的能量几乎是汽油的三倍，氢的能量为120MJ/kg，而汽油的能量为44MJ/kg。然而，在体积的基础上，情况是相反的：液态氢的密度为8mJ/l，而汽油的密度为32mJ/l，如图所示，根据较低的加热值比较燃料的能量密度。车载储氢能力为5–13千克，以满足轻型车辆平台全系列的行驶范围。

为了克服这些挑战，FCTO正在寻求两种战略途径，目标是短期和长期解决方案。近期的途径主要集中在压缩气体储存，采用先进的压力容器，由纤维增强复合材料制成，能够达到700巴的压力，主要强调降低系统成本。长期路径集中于（1）冷或低温压缩氢储存，其中增加氢密度和绝缘压力容器可实现能源部目标；（2）基于材料的储氢技术，包括吸附剂、化学储氢材料和金属氢化物，具有潜在的性能。达到能源部的储氢目标。