氢能,如果以水作为原料来考虑的话,它的资源可以说是取之不尽,用之不竭的。而氢燃烧后又变成水,所以以氢作能源不会破坏自然界的正常循环。氢能是“清洁”的能源,所以在解决世界将来能源问题上,它是最具有吸引力、使人感兴趣的能源之一。现在,人们正在开发能稳定地大量地制造氢的方法。预计不久的将来,世界将进入氢能时代。
—般说来,氢的贮藏方法有两种方式,一是将氢气压缩收集在高压容器中,一是将氢液化变成液态氢贮存。然而最近几年发现了某些合金能够贮藏氢,引起了人们极大的兴趣。广泛开展了使用贮氢合金贮藏氢的研究工作。贮氢合金不仅具有贮藏氢的功能,而且还有许多其它特殊功能,利用这种合金开发一些新产品的工作在世界上开展得非常活跃。
1.贮氢合金及其性质
贮氢合金是一种具有接触氢气能发生化学反应生成金属氢化物的功能的特殊合金材料,生成氢化物的同时也产生生成热(发热),如图1所示。
如果对金属氢化物加热,它就分解成金属和氢,这个反应显示出不可逆的特点。因而,从这个反应系统中可以引出贮氢功能、热能变换功能、伴随氢压力变化的机械能变换功能,进而还有从混合气体中选择性地吸收氢的功能等等许多功能。人们利用这些功能就可以做好多工作。
2.利用合金贮藏氢
氢气接触贮氢合金时会形成氢化物,氢便被贮藏在合金中了。这种情况下,由于合金的种类不同,其贮氢能力也不一样。不同的合金,大约其贮氢能力从合金体积的700倍到1000倍范围变化。而且用氢化物(固体)方式贮存氢,从安全角度考虑也是合理的,有利的。利用合金贮存氢,其贮存容器与一般方法贮存氢的容器比较,占有空间、设置面积等都很少,而且也不用压缩机等设备,这也是使用贮氢合金的特点之一。
如果从用合金容器运送氢方面考虑,要想使单位能量的运输费用,每1 Nm3在30日元以下,则每克合金应具有350 ml以上的贮藏能力。这个问题可以说是今后必须解决的课题之一。
3.化学式热泵
金属氢化物热泵从原理上看,根据吸藏氢气和放出氢气的变化类型可分为升温型和加热 - 冷冻型。图2(1)、(2)为生成系统;(3)、(4)为再生系统。所有的热泵都是利用吸藏和释放氢气的两种不同类型合金组合而成的。
金属氢化物热泵利用的是伴随氢气的吸藏和释放产生的反应热,所以它不需要一般热泵所必需的压缩机或蒸发器等设备。因此它的构造简单,运转中消耗的能量低,运转成本低,这是它比一般热泵优越之处。目前这类热泵已从实验阶段向实用化阶段发展,有的已正式使用(如北海道电力株式会社的热泵一号机)。
4.氢气的回收和提纯
由于贮氢合金具有在混合气体中选择性地吸藏氢的特性,因此这种合金可以用于氢气回收与提纯。如图3所示,使用这种合金提纯氢,可使氢的纯度高达99.999%一般制造高纯氢的方法是采用膜分离法,深冷分离法等,造价高、设备庞杂。使用贮氢合金提纯法看来是完全可以与传统方法相竞争的有前途的新方法。
5.金属 · 氢电池和燃料电池
镍氢电池是在碱溶液中以氧化镍为阳极,氢为阴极制成的。目前已将它作为具有功率大能量高的特点的一种电池进行了开发,它的氢供应源则是使用的贮氢合金。
同样,在磷酸型、碱型燃料电池中,它们的电极也是利用了贮氢合金。如图4所示。
6.贮氢合金传动装置
将收集在密封容器中的氢和合金反复进行加热和冷却操作,氢也就反复地被合金吸收和释放。利用这样产生的压力变化就可制成贮氢合金传动装置。按图5原理所试制的传动装置,用6克合金可以产生30 kg的推力,与一般的传动装置比较,功率/重量之比是很大的。因而它具有广泛的使用前途。
7.温度传感器
其工作原理与上述传动装置原理一样。即:在密封容器中,以保持合金和氢的平衡状态为条件,巧妙地利用环境温度和与该温度下平衡时的氢平衡压力之间的关系,则可制成温度传感器,如图6。这种传感器的特征是比液体型检测法感温部小,使用温度范围广,不用电负荷。估计今后将会得到广泛使用。
[センサ技术(日),1986年8月]