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文章 信息 水合物 储氢 研究进展 李昊阳 张炜李 小森 徐纯刚 中国科学院 广州 能源 研究所 广东 广州 中国科学院 大学 北京 中国 科学技术 大学 能源科学 技术 学院 安徽 合肥 引用 本文 李昊阳 张炜李 小森 水合物 储氢 研究进展 化工 进展 文章 摘要 氢 一种 清洁 能源 越来越 重视 氢能 利用 技术 需求 迫切 氢能 利用 关键 挑战 氢气 储运 促进剂 作用 氢气 水合物 氢气 温和 温压 条件 长期 储存 储氢 提供 一种 选择 水合物 储氢 环保 特性 工业化 潜力 工业化 两个 关键问题 储氢 密度 储氢 速率 本文 回顾 氢气 水合物 研究 历程 阐述 几种 常见 氢气 水合物 相平衡 数据 归纳 晶型 氢气 水合物 储氢 密度 物理 方法 强化 化学 方法 强化 水合物 储氢 速率 影响 水合物 储氢 评估 提出 水合物 储氢 未来 研究 方向 水合物 储气 工业化 氢气 水合物 研究 提供 参考 气体 水合物 称为 笼型 水合物 主体 分子 水 客体 分子 甲烷 二氧化碳 高压 低温 环境 自发 一种 笼型 晶体 化合物 水分子 间 氢键 结构 笼子 客体 分子 笼内 分子 间 作用力 使笼 结构 稳定 水合物 结构 客体 分子 性质 压力 条件 变化 如表 所示 水合物 常见 三种 结构 有型 型 型 气体 分子 水合物 相 平衡条件 情况 水合物 容纳 标准 体积 气体 气体 水合物 特性 气体 储运 储运 甲烷 氢气 气体 分离 捕集 分离 海水 淡化 二氧化碳 封存 前景 气体 储运 传统 气体 储运 技术 水合物 储运 气体 安全性 高 可操作性 高 清洁 性高 优势 难 压缩 液化 易燃易爆 气体 储运 优势 体现 表 三种 水合物 结构 参数 氢 一种 高品位 能源 氢气 分子 密度 低 分子 小易 燃烧 爆炸 氢气 储运 一大 难点 常见 储氢 方法 金属 储罐 储氢 高压 气态 储氢 低温 液化 储氢 固体 材料 储氢 高压 气态 储氢 高压 罐中 存储 故对 储罐 材料 高且 爆炸 风险 压缩 氢气 方式 大规模 储氢 争议 合适 温度 压力 液化气 态氢来 氢气 储存 技术 大大提高 单位 体积 气体 储存量 液化 氢 专用 液态氢 储罐 中 存储 投入 成本 较大 条件 下纯 金属 氢气 生成 二元 金属 氢化物 储氢 二元 金属 氢化物 储氢 量 高 过程 简单 脱氢 温度 高 储氢 可逆 容量 衰减 性能 质量 储氢 密度 高 达 质量 分数 脱氢 温度 高达 氢气 水 氢气 水合物 温和 条件 储氢 一种 新型 储氢 技术 水合物 储氢 技术 现阶段 未有 成熟 工业化 技术 近些年来 关注 发展 水合物 储氢 一种 有望 取代 高压 气体 储氢 低温 液化 储氢 新 技术 优势 理论 储氢 量 高质量 分数 纯水 体系 气体 释放 产物 氢气 水 环境友好 低浓度 摩尔 分数 小于 促进剂 改善 水合物 生成 条件 储运 条件 技术 安全性 高非 爆炸性 氢气 水合物 长期 储存 氢气 表为 几种 储氢 方法 表 几种 储氢 方法 我国 十四五 规划 远景 目标 纲要 中将 氢能 储能 列为 前瞻 谋划 六大 未来 产业 氢气 储运 科研 领域 热门话题 水合物 法为 代表 新型 储氢 技术 更是 备受瞩目 水合物 储氢 技术 发展 瓶颈 储气 密度 低 水合物 速率 低 二者 本质 气体 水合物 过程 中 传质 传热 据于 本文 水合物 法 储氢 理论 技术 研究 基础 水合物 储氢 热力学 储氢 密度 方向 出发 相关 研究成果 水合物 法 储氢 理论 技术 研究 成果 科学 提出 进一步 发展 水合物 储氢 理论 技术 研究 重点 力求 后续 研究 提供 方向性 参考 氢气 水合物 热力学 氢气 水合物 研究 较晚 氢气 水合物 热力学 生成 条件 苛刻 氢气 水合物 稳定 存储 水合物 笼子 证实 氢气 合成 水合物 氢气 水合物 进展 如图所示 年 人工合成 氢气 水合物 揭开 研究 氢气 水合物 序幕 手段 测验 氢气 水合物 结构特征 体系 生成 水合物 需 热力学 条件 储氢 密度 引入 促进剂 改善 氢气 水合物 温压 条件 近些年来 研究 重点 方向 促进剂 氢气 水合物 条件 找到 最合适 促进剂 图 水合物 法 储氢 发展 历程 已有 氢气 水合物 研究 热力学 条件 氢气 水合物 至关重要 氢气 水合物 比喻 成 固定 结构 氢 电池 稳压 条件 氢气 水合物 分解 氢 电池 充电 放电 而气 液固 水合物 三相 共存 状态 便是 体系 相平衡 图为 几种 晶型 结构 氢气 水合物 相平衡 区间 图表 几种 常见 氢气 水合物 相平衡 数据 由表 纯水 体系 氢气 水合物 相 平衡条件 苛刻 时 相平衡 压力 高达 降低 相平衡 温度 苛刻 温压 条件 应 体系 中 水合物 促进剂 氢气 水合物 相 平衡条件 发生 变化 发现 纯水 体系 中 摩尔 分数 四氢呋喃 条件 氢气 水合物 纯水 体系 中 摩尔 分数 丁基 溴化铵 条件 氢气 水合物 纯水 体系 中 摩尔 分数 叔 丁胺 条件 氢气 水合物 纯水 体系 中通入 混合气 起到 促进剂 效果 条件 生成 氢气 水合物 已有 相平衡 数据 发现 相 几种 促进剂 氢气 水合物 理想 效果图 氢气 水合物 相平衡 区间 图表 体系 氢气 水合物 相平衡 数据 水合物 促进剂 分 两大类 热力学 促进剂 动力学 促进剂 热力学 促进剂 如环 戊烷 参与 水合物 水合物 相 平衡条件 变得 温和 促进剂 占据 水合物 笼而 降低 整体 水合物 储氢 密度 促进剂 水合物 过程 改善 热力学 条件 前景 研究 重点 促进剂 氢气 水合物 相 平衡条件 找到 合适 热力学 促进剂 引入 促进剂 浓度 提升 氢气 水合物 储氢 密度 下降 一节 中 详细 阐述 水合物 储氢 密度 水合物 理论 储氢 密度 影响 因素 晶型 结构 研究 性状 促进剂 生成 水合物 晶体结构 进一步 影响 水合物 储氢 密度 最早 发现 氢气 纯水 中 生成 型 水合物 特定 情况 氢气 生成 型型 型 笼型 水合物 型 氢气 水合物 年 纯水 中通入 氢气 条件 生成 氢气 水合物 氢气 水合物 研究 拉开 序幕 测验 氢气 水合物 结构特征 结构 型 冰 结构 类似 毛河光 院士 团队 开创性 氢气 条件 加压 降温 氢气 水合物 拉 曼光谱 射线 衍射 技术手段 氢气 水合物 型 水合物 实验 纯水 体系 氢气 水合物 晶体结构 意义 毛河光 提出 水合物 储氢 技术 时 合成 氢气 水合物 理论 质量 储氢 密度 质量 分数 常压 保存 实验 储氢 密度 高于 理论 储氢 密度 实验所 采用 高 实验 压力 实验 误差 合成 氢气 水合物 储氢 量 质量 分数 超过 型 水合物 理论 储氢 量 实验 储氢 量 质量 分数 储氢 速率 储氢 密度 较大 优势 型 水合物 促进剂 促进剂 最早 年 促进剂 发现 氢气 水合物 生成 条件 改变 储存 水合物 笼子 中 促进剂 引入 水合物 储氢 开辟 新 方向 研究 水合物 硅胶 颗粒 体系 中 生成 情况 结果表明 水合物 需 即可 硅胶 体系 中 成核 结晶 时 储氢 密度 达 质量 分数 研究 表面 活性剂 制成 微 胶束 体系 中 生成 氢气 水合物 水合物 恒压 生成 未 观察 诱导 时间 水合 储氢 储氢 量 质量 分数 促进剂 氢气 水合物 生成 条件 变得 温和 参与 水合物 生成 占据 水合物 笼子 导致 储氢 密度 降低 型 促进剂 常见 型 促进剂 环 戊烷 环己酮 四氢 噻吩 研究 四氢 噻吩 呋喃 水合物 水合物 储氢 效果 温压 条件 储氢 量 质量 分数 驰 研究 叔丁醇 三氯甲烷 二氯 氟 乙烷 水合物 储氢 影响 条件 储氢 密度 达 质量 分数 值得 关注 学者 甲烷 乙烷 丙烷 含较 高 热能 气体 氢气 混合 生成 水合物 起到 促进剂 效果 改善 生成 氢气 水合物 热力学 条件 提升 水合物 总 热值 促进剂 选择 参考 意义 研究 甲烷 水合 储氢 促进作用 条件 混合气 储氢 密度 质量 分数 研究 丙烷 水合物 储氢 促进作用 实验 生成 水合物 储氢 密度 质量 分数 研究 氩气 水合 储氢 影响 结果表明 氩气 氢气 水合物 生成 促进作用 含 氩气 时 氢气 水合物 温度 生成 压力 从降 储氢 密度 从降 水合物 为型 氢气 分子 占据 大笼 氩气 分子 占 小笼 几种 促进剂 生成 水合物 型 水合物 已有 研究 特定 情况 氢气 分子 储存 水合物 型 型 半笼 形 水合物 结构 笼 中型 氢气 水合物 年 核磁共振 技术 型 氢气 水合物 研究 水合 储氢 促进作用 条件 生成 型 水合物 大笼 中为 分子 小笼 中有 氢气 分子 生成 型 水合物 通入 氢气 拉 曼光谱 检测 氢 分子 型 水合物 大笼 研究 氢气 型 水合物 客体 分子 型 水合物 大笼 小笼 中 储存 型 水合物 大笼 中 保存 值得注意 模拟 结果表明 型 氢气 水合物 比型 氢气 水合物 热力学 稳定 型 水合物 小笼 大笼 比率 低 水合物 用于 氢气 占用 小笼子 数量 较少 储氢 密度 低等 模拟计算 型 水合物 理论 储氢 量 结果表明 笼子 容纳 氢气 分子 笼子 容纳 氢气 分子 情况 储氢 密度 质量 分数 氢气 难 型 水合物 中 稳定 储氢 量 低 型 水合物 储氢 水合 储氢 中 前景 大型 氢气 水合物 研究 型 氢气 水合物 测量 型 氢气 水合物 占据 小笼子 相 平衡条件 相平衡 热力学 条件 体系 相平衡 热力学 条件 严苛 研究 甲基 叔 丁基 醚 甲基 环己烷 甲基 丁烷 二甲基 环己烷 促进剂 生成 型 水合物 光谱分析 检测 氢气 分子 占据 两种 笼子 笼子 促进剂 分子 占据 理论 储氢 量 质量 分数 相比 于型 水合物 体系 理论 储氢 量 增加 体系 型 水合物 相比 型 水合物 储氢 量 高 型 水合物 合成 储存 高 压力 低 温度 储氢 应用型 氢气 水合物 以季 铵盐 代表 促进剂 生成 水合物 时常 生成 半笼 形型 水合物 常见 季 铵盐 类 促进剂 丁基 氟化 铵 丁基 氯化铵 丁基 溴化磷 丁基 氢硼化 铵 型 型 型 水合物 相比 半笼 型 水合物 结构 复杂多变 研究 笼形 水合物 至少 有种 结构 陈玉凤 采用 原位 激光 拉曼 技术 技术 对半笼 形 水合物 分析 发现 晶体结构 储气 过程 中 稳定性 研究 水合物 相 平衡条件 发现 压力 相平衡 温度 高于 水合物 相平衡 温度 拉 曼光谱 检验 发现 氢气 分子 只能 存储 笼形 水合物 小笼 中 储氢 量变 低等 研究 温压 条件 摩尔 分数 溶液 水合物 质量 分数 储氢 密度 压力 摩尔 分数 水合物 质量 分数 储氢 密度 半笼 形 水合物 接近 环境压力 温度 条件 捕获 气体 分子 独特 储气 效果 备受 关注 溶液 挥发性 有机 溶液 相比 季 铵盐 溶液 低 蒸气 压 氢气 水合物 分解 时 挥发 进 氢气 中 杂质 大大减少 半笼 形 储氢 密度 低 工业化 半笼 形 水合物 进一步 地有 针对性 研究 可行 储氢 晶体结构 水合物 热力学 性质 储氢 密度 大不相同 研究 相互 印证 表 所示 表 几种 结构 水合物 生成 温压 条件 储氢 密度 相比 晶型 水合物 型 水合物 储氢 性能 最佳 热力学 促进剂 改善 氢气 水合物 生成 条件 却会 降低 储氢 密度 寻找 高效 促进剂 高效 水合物 生成 方法 将来 水合物 研究 重点 方向 情况 水合物 笼子 中 容纳 氢气 分子 数量 水合物 储氢 很大 影响 氢气 水合物 基础 研究 争论 氢气 水合物 微观 机理 尚 明晰 不可否认 氢气 水合物 储能 密度 较大 一种 前景 高 储能 密度 材料 氢气 水合物 动力学 强化 水合物 储气 工业化 关键因素 即为 储气 速率 氢气 水合物 生成 动力学 研究 动力学 关键因素 气相 液相 固相 之间 传热 传质 效率 常用 三相 之间 传热 传质 速率 分为 物理 方法 化学 方法 物理 方法 搅拌 喷雾 鼓泡 手段 传热 传质 速率 化学 方法 添加 动力学 促进剂 添加 表面 活性剂 降低 溶液 表面张力 增大 体系 中 传热 传质 速率 表为 几种 常见 动力学 强化 方法 表 几种 动力学 强化 方法 物理 方法 强化 机械 搅拌 加快 水合物 生成 常用 方法 搅拌器 改变 气液 两 相间 平衡 密封 实验 研究 中 磁力 驱动 搅拌器 作用 溶液 表面 锥形 面 增加 气液 接触面 体系 分子 运动 速率 加快 起到 增强 传热 传质 作用 谢 应明 利用 高压 搅拌 水合物 实验 装置 水合物 储氢 研究 鼓泡法 是从 反应釜 底部 气泡 液相 气体 更好 液相 接触 气泡 增大 气液 两相 接触 面积 增加 气体 溶液 中 溶解度 吕秋楠 研究 鼓泡 法能 增大 水合物 生成 速率 生成 速率 随鼓 泡器 气体 流速 增大 增大 喷雾 法是 水 溶液 制成 喷雾 形式 气体 接触 增大 气液 两相 传热 传质 效率 增加 储气 速率 郝 文峰 设计 连续 喷淋 式 反应釜 增加 气液 两 相间 传热 传质 速率 水合物 快速 缩短 水合物 诱导 时间 物理 方法 原理 增大 气液 固三 相间 接触 面积 体系 分子运动 速率 增大 传热 传质 效率 加快 水合物 生成 速率 气体 分子 液体 接触 减少 空 笼子 概率 晶胞 填充 率 得以 提高 储气 密度 提高 物理 方法 水合物 生成 过程 中 带来 额外 能量消耗 工业化 储氢 过程 中 物理 方法 运行 费用 前期 投入 后期 运行 经济性 分析化学 方法 强化 化学 方法 强化 实质 添加 水合物 动力学 促进剂 动力学 促进剂 强化 气液 三相 传热 传质 过程 水合物 生成 热力学 促进剂 动力学 促进剂 参与 水合物 性质 增强 水合物 过程 中 传热 传质 常用 动力学 促进剂 材料 性质 分为 表面 活性剂 纳米 粒子 多孔 介质 表面 活性剂 亲水 和亲 油 基团 降低 溶液 表面张力 增溶 乳化 润湿 效应 加快 水合物 生成 速率 十二 烷基 硫酸钠 一种 常见 用作 生成 水合物 表面 活性剂 研究 学者 利用 表面 活性剂 水合物 生成 速率 机理 研究 中 毋庸置疑 表面 活性剂 水合物 生成 研究 十二 烷基 硫酸钠 水合物 生成 促进作用 结果表明 相关 表面 活性剂 效果 水合物 速率 增加 几个 数量级 吴宛青 研究 表面 活性剂 水合物 生成 动力学 影响 表面 活性剂 缩短 水合物 成核 诱导 时间 表面 活性剂 提升 水合物 生成 速率 机理 明晰 表面 促进剂 作用 机理 重点 关注 方向 纳米 颗粒 溶液 中 悬浮 悬浮液 热导率 浓度 内会 纳米 颗粒 质量 浓度 增加 增加 溶液 中 添加 纳米 粒子 提高 体系 热效率 水合物 生成 研究 银 纳米 颗粒 水合物 生成 效果 实验 压力 水合物 成核 诱导 时间 减少 水合物 纳米 粒子 效果 快速 生成 机理 研究 成熟 进一步 研究 机理 多孔 介质 表面积 较大 吸附 生成 水合物 颗粒 增大 水合物 生成 时气 液固 相间 传热 传质 速率 水合物 进一步 生成 常见 多孔 介质 石英砂 黄土 活性炭 泡沫 金属 胡腾 研究 石英砂 水合物 生成 影响 实验 结论 石英砂 颗粒 水合物 生成 提供 成核 中心 加速 水合物 水合物 生长 情况 多孔 介质 亲疏 水 特性 体系 孔隙 大小 息息相关 制造 选择 性能 优异 多孔 介质 进一步 研究 动力学 促进剂 加快 水合物 生成 速率 增加 气液 传质 速率 减少 空 笼子 数量 起到 增加 储气 密度 效果 动力学 促进剂 物理 方法 加速 储氢 热力学 促进剂 改善 储氢 热力学 条件 快速 储氢 未来 水合物 储氢 参考 意义 动力学 促进剂 机理 成熟 促进剂 机理 更是 复杂多变 需 进一步 研究 结语 水合物 储氢 技术 清洁 特性 储氢 提供 一种 选择 近些年来 研究 中 水合物 储氢 各个方面 进展 现阶段 氢气 水合物 热力学 动力学 特性 晶体结构 理论 储氢 量 深刻 理解 技术 工业化 关键在于 提高 储氢 密度 储氢 速率 故对 水合物 热力学 动力学 研究 未来 研究 方向 本文 水合物 储氢 技术 局限性 讨论 晶型 氢气 水合物 热力学 性质 动力学 强化 储氢 手段 归纳 水合物 储氢 技术 研究 现状 成果 以下几点 建议 热力学 促进剂 改善 水合物 储氢 热力学 条件 综合 水合物 条件 储气 密度 生成 型 水合物 促进剂 潜力 含 热能 促进剂 改善 储氢 条件 提升 水合物 热值 促进剂 选择 指导作用 进一步 寻找 高效 清洁 促进剂 水合物 研究 方向 采用 物理 强化 储氢 方法 加快 储氢 速率 增加 额外 能耗 工业化 时应 机械 装置 改良 减少 额外 能耗 动力学 促进剂 相结合 协同 储氢 添加 动力学 促进剂 储氢 速率 热力学 促进剂 改善 储氢 条件 快速 储氢 动力学 促进剂 制备 成本 投资 应 工业化 成本 储氢 过程 中 动力学 促进剂 应有 循环 性质 现阶段 微观 机理 明晰 水合物 成核 机理 促进剂 机理 需 进一步 实验 研究 完善 水合物 相关 理论 作者简介 第一 作者 李昊阳 硕士 研究生 研究 方向 天然气 水合物 开采 综合 技术 研发 通信 作者 李小森 博士 研究员 天然气 水合物 开采 综合利用 技术 研究 徐纯刚 博士 副研究员 天然气 化工 天然气 水合物 研究 扫码 关注 邮发 代号 订阅 热线 网址 欢迎您 分享 点赞 收藏