跳到主要內容區塊 ::: 網站導覽 最新上線 熱門點閱 經濟部圖文懶人包 近期報導
經濟部能源局-LOGO 圖文懶人包
:::

儲存最乾淨的能源–儲氫合金材料發展與應用

2014/11/05 經濟部能源局 點閱人次: 1052

字型:


▎撰文、圖片提供/經濟部能源局

因為燃燒後的產物是水,氫一向被視為最乾淨的能源之一。氫能燃料電池具有零污染及高電熱轉換效率等優點,極具未來發展潛力,適合做為如電動汽、機車類交通載具之能量來源。但如何以安全穩固之方式將氫氣輸於燃料電池為一重要課題,也關係著氫能燃料電池未來的發展性。

氫儲存之方式目前主要有氣態儲氫(高壓氣瓶)、液態儲氫(液態氫)以及儲氫合金儲氫法。目前最普遍之方法為氣態儲氫法,氫在常溫與常壓下以氣體存在,故人們直接想到的就是以高壓氣瓶為儲存方式。此法雖有使用者習慣、方便及使用已久的優點,但卻也有不少缺點:它需要厚重的高壓鋼瓶,並且在高壓下使用具有潛在之危險;此外,在儲存時需要有壓縮器,最要命的是,因為氫元素的特性(原子量最小),即使在高達200 大氣壓下,儲氫量極低,每公升僅能儲存16 克的氫氣,故此法雖然通用,但就效率及安全性考量仍待改善。

關於液態之儲氫方式,氫氣可在攝氏零下252.8 度(20.4 K)的低溫下凝結,由氣態變成液態純氫。但除了氦以外,氫是最難液化的氣體。液化過程需要消耗大量能量,因此儲存的能量效率很低。比起高壓氣態儲氫,液態法雖有發展技術成熟、可用大型容器儲藏、儲存壓力低及單位體積儲存密度大(71g/liter)之優點,仍有下列幾個不可避免的缺點:

(1)除氦外,幾乎所有氣體均可在液態氫溫度下固化,因此可能使液態氫儲存槽變成一個超低溫唧筒導入雜質,影響氫的純度;

(2)在液化過程中能量浪費至少達百分之39 左右;(3)需要另一個或多個液化氫的設備,因此造價成本高,液化過程雖為放熱反應,但因溫度極低,速率很慢,需用催化劑及額外的能量。

除了上述2 種方法外, 還有利用儲氫合金材料之晶格結構特性來儲存氫氣之方法。其原理為儲氫合金在一般使用溫度壓力範圍是固體,且無論是以晶體或非晶體形態出現,其原子間距離都不到1 奈米。以晶體儲氫合金為例,原子直徑不到0.1 奈米的微小氫原子可「塞」在具有三度空間週期性規則排列的金屬原子間隙中,因此氫原子彼此間可以不到1 奈米的距離儲存在儲氫合金的晶格內。所以它有以下的優點與特色:(1)以類似固態方式儲氫,安全性高;(2)不需低溫,也可以不需高壓;(3)單位體積所儲氫的量比高壓氣態法及液態儲氫法要高出許多(可達200g/ liter);(4) 操作簡便;(5)儲氫的設備可大可小;(6)放氫時,純度非常高,可高達百分之99.9999。

現行市面上的儲氫合金材料主要為AB5 型儲氫合金為主,其命名由來以合金金屬種類來區分,其中A 是指強吸氫元素,並且能與氫形成安定的金屬氫化物,如:鈦、鋯、釩、鎂。而B 則是弱吸氫元素,雖然不會與氫形成穩定的金屬氫化物,但它們有幫助氣體氫分子(H2)分解成氫原子的功用,如:鎳、鈷、鉻、鐵、錳。目前氫燃料電池機車上就有用到AB5 型儲氫合金,日前在經濟部能源局、國內各單位及廠家的努力下,於墾丁完成了氫燃料電池機車的示範運行,其中燃料電池內所用儲氫合金材料即為AB5型,為我國氫能技術創下一個里程碑,也證實了儲氫合金材料的發展潛力無窮。

另有一種BCC 型儲氫合金材料可望成為明日之星,其由來為合金組成的元素以晶格結構為體心立方堆積(BCC,body-centered cubic)之金屬元素(鈦、釩、鉻)為主,相較於AB5 型,BCC 儲氫合金之特色為具有較高之儲氫量(∼ 3.6wt%),並於常溫常壓下具良好之吸放氫能力,不需於燃料電池另增加熱源提升其放氫效率,但其最大之缺點為其吸放氫時容易受不純物污染導致吸放氫效率下降、壽命降低,若克服該缺點後相信可望取代現行之儲氫合金並使燃料電池效能提升,儘早達到低碳家園的願景。


關鍵字:儲氫技術,氫能燃料電池

文章分類 焦點精選
活動快訊
能源FAQ
能源E觀點

網站選單 關於能源報導 全文搜尋 聯絡我們 友站連結 FB粉絲專頁 網站導覽 經濟部圖文懶人包