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    山西煤化所的氢气低温制备和存储技术

  • 来源: 时间:2018-3-4 19:42 阅读:229

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氢能被誉为下一代二次清洁能源,氢气的存储和输运一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。特别地,氢燃料电池是最具潜力的新一代能量提供系统,它将化学能高效转化为电能,被广泛用于航空航天、汽车以及其他固定和移动能量提供体系中,但是氢气化学性质活泼,氢气的储存就成为氢燃料电池应用的关键。虽然丰田实现了氢燃料电池汽车的示范,而氢气储存在约120 升、压力高达700公斤的钢瓶,其安全性不容乐观,并且城市内加氢基础设施建设亦存在一定隐患。此外,目前其他的氢气储放体系,或价格昂贵,或存储容量有限。 


 针对这些不足,将氢气存储在甲醇中成为了科研人员所感兴趣的解决途径,甲醇能够和水进行液相重整并原位释放高质量密度(18.8wt%)的氢气,但传统的甲醇蒸汽重整操作需要在相对较高的温度(200-350 ℃)下进行,为实现高效并在温和条件下制氢,突破氢气的存储和输运瓶颈,亟待开发新型甲醇水重整高效催化体系。 


 针对甲醇和水液相制氢反应的特点,中科院山西煤化所研究员温晓东课题组与北京大学化学与分子工程学院马丁、大连理工大学石川、以及中国科学院大学周武等课题组合作,从实验设计出发,结合理论计算,开发出新型原子级分散的铂-碳化钼双功能催化剂,实现了在低温下(150—190 ℃)高效的产氢效率。

 

 温晓东研究员介绍,原子级高度分散的特点能最大限度地提高贵金属铂的利用率,以产氢活性估计,仅需含有6克铂的该催化剂即可使产氢速率达到1 kgH2/h,基本满足商用车载燃料电池组的需求。以目前甲醇市场价格(2400元/吨)计算,采用此技术路径储放氢气,氢燃料电池汽车每百公里燃料价格仅需约13元,而加60-80升甲醇可供家用小轿车行驶600-1000公里。 


 该研究工作构建了新的化学高效储放氢体系,为含碳资源高效清洁转化利用提供了新的方向,实现了从含碳资源到无碳能源的高效温和转化,为氢能制备、存储及安全利用提供了新的思路,并有望作为下一代高效储放氢新体系得到应用。同时,该研究团队在水煤气变换产氢过程中也突破了低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的难题, 发展了基于Au/α-MoC的新一代催化过程。 


 该研究成果获得了中组部青年千人计划、中科院百人计划、山西省百人计划、山西省创新人才团队及国家基金委等资助,并分别发表于《Nature》和《Science》。 


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