碳基储氢材料的技术研究及展望

付东升

(中国石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)

氢能具有资源丰富、高热值、无污染、可再生的优点，是理想的新一代清洁能源。与化石能源相比，氢气燃烧发热量为28700kcal·kg-1，优质煤炭为8000kcal·kg-1，汽油为10630kcal·kg-1，天然气为11930kcal·kg-1。氢能利用的关键技术在于储存，全世界科学家投入大量的精力，以开发安全经济的储存技术，现有氢气的储存方法有液化储存、压缩储存、金属氢化物储存、吸附储存等。

在作为结构材料的高压压缩氢气储存技术领域，以及作为功能材料的吸附储存技术领域中，碳基材料都发挥着关键的作用，也是过去几十年的研究焦点。

1 功能型碳基储氢材料

功能型碳基储氢材料是依据碳基吸附材料可在低温条件下物理吸附储氢，高温下氢气解吸附的原理，进行氢气的储存和利用。碳基吸附材料的比重轻，对氢气的吸附量大，经济性好，对气体中的杂质不敏感且可以循环使用。碳基吸附储氢材料主要有活性炭、活性炭纤维、纳米碳材料三大类。

1.1 活性炭

活性炭是黑色粉状、颗粒状或者柱状的多孔碳材料，具有无定形的微观结构和很大的比表面积。活性炭储氢是利用超临界气体的吸附原理，活性炭储氢的研究主要在低温领域，研究多集中于超高比表面积及发达孔隙结构的超级活性炭。超级活性炭储氢技术始于20世纪60年代，是以具有超高比表面积的活性炭为吸附剂，在中低温（77～273K）和中高压（1～10MPa）下的吸附储氢技术。图1是氢在超级活性炭上的吸附等温曲线。……