氫脆與儲氫
發布時間：
2024-01-09
氫脆與儲氫
氫脆（Hydrogen Embrittlement）是指金屬在與氫氣接觸時發生的變脆現象。當金屬暴露于氫氣環境中，特別是高壓氫氣、酸性或堿性溶液中，金屬表面的氫原子會滲透到金屬晶界或晶格內部。這些氫原子會與金屬晶界或晶格結構發生相互作用，導致金屬材料的脆化。
氫脆是一種嚴重的材料損害現象，它會導致金屬材料的強度和韌性顯著降低，使其變得容易斷裂。這種現象對于許多工業領域都具有重要的影響，特別是在制造業、航空航天、汽車制造和石油化工等領域。例如，在高強度鋼、鋁合金和鈦合金等金屬材料中，氫脆問題必須得到重視和控制，以確保材料的可靠性和安全性。
為了避免氫脆現象的發生，可以采取一些措施，例如使用抗氫脆材料、改變工藝條件、降低氫氣濃度、進行材料表面處理等。此外，在設計和使用金屬材料時，也需要考慮氫脆的風險，并采取相應的預防和檢測措施。
目前主流的儲氫途徑主要包括以下幾種：
壓縮氫氣：將氫氣壓縮到高壓容器中進行儲存。這是目前最常見和成熟的儲氫方法之一。氫氣可以被壓縮到高壓并存儲在鋼制或復合材料制成的儲氫罐中。
液化氫氣：將氫氣冷卻并液化，以大幅減小其體積。液態氫氣通常儲存在低溫（-253°C）下的絕熱容器中。液化氫氣儲存密度高，但需要特殊的設施和保持低溫的條件。
化學吸附：將氫氣吸附到特定的材料表面上進行儲存。常用的吸附材料包括金屬有機框架（MOFs）、碳納米管和多孔材料等。吸附儲氫具有較高的儲氫密度和可逆性，但需要優化吸附材料的吸附/釋放性能。簡單來說,MOFs主要是通過物理吸附和化學吸附來儲存氫氣的，其一，MOFs材料可以提供很大的內部空間以及內表面，氫氣的落腳點很多。其二，MOFs材料中的金屬離子或者有機配體與氫氣之間存在作用力，來依附氫氣。
金屬氫化物：通過與金屬反應形成金屬氫化物來儲存氫氣。金屬氫化物可以在相對較低的壓力下儲存大量的氫氣，并通過加熱或減壓釋放儲存的氫氣。這種方法具有較高的儲氫密度，但需要控制反應溫度和壓力。
液態有機氫載體：使用特殊的有機液體作為氫氣的載體進行儲存。這些有機液體能夠吸收和釋放氫氣，并具有較高的儲氫密度和可逆性。要是通過不飽和液體有機物（如甲苯、萘、乙基咔唑等）作為儲氫劑與對應的飽和物（如甲基環己烷、十氫萘、十二氫乙基咔唑等）作為氫載體與氫氣發生可逆的加氫和脫氫反應以實現氫氣的儲放。
這些儲氫途徑各有優勢和限制，目前還沒有一種儲氫方式能夠完全滿足所有需求。不同的應用場景和需求可能需要選擇適合的儲氫技術。因此，研究和發展更高效、安全和可持續的儲氫技術仍然是一個重要的課題。
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