氢能利用关键技术系列--氢气储存和输运

1.以国际视野统领全书的架构，作者团队包含国际国内专家，所有的编写人员均有国内外工作经验，对储氢、运氢、氢能经济的进展和理解把握到位。 2.内容丰富，不仅包括物理储氢，还涵盖储氢材料储氢、氢化物储氢等热点研究领域；在输运方面不仅有车船输运，还有管网输运；同时图书内容还有储运测评方法与氢能的典型应用案例。可以称得上是一部非常完整全面的氢气储运方面的专著，可参考性强。 3.作者团队及单位长期从事氢能及储氢材料与技术的研究，丰厚的积累赋予图书高质量的呈现。

纵观人类能源消费历程，实现低碳及无碳能源消费是必然趋势。近年来席卷大半个中国的雾霾天气加速了政府调整产业结构和实现节能减排的步伐。使用氢燃料是实现无碳和高效能源消费的措施之一，氢能也被认为是一种有前途的新能源形式。氢的制取、储运及氢燃料电池是当今氢能利用的最关键的三大技术。2008年奥运会，23辆燃料电池汽车示范运行7.6万公里。到了2010年世博会，这些数字分别上升到196辆和91万公里。戴姆勒奔驰开发的F-Cell系列样车已经进行了总共超过450万公里的路试。本田FCX Clarity已在国际上具有一定的销量。2015年丰田公司的Mirai正式上市，优良的性价比使其成为氢燃料电池车商业化运营新的里程碑。近几年，中国政府也大力倡导氢能及氢燃料电池汽车的发展，众多企业积极参与。
《氢气储存和输运》重点关注氢能利用中最重要的储运环节，结合最新的研究及应用现状，不仅详细介绍各种储存方法的原理和关键技术，还对其应用前景进行分析和评述。针对目前储氢技术不能完全满足车载储氢和便携式电源等使用要求的现状，介绍了储氢与产氢一体化新技术，从多个角度剖析了各个技术的特点。与国内外已出版的同类书相比，本书增加了氢气的车船运输和管线输送的国内外现状章节，以使读者，特别是新能源领域投资人、企业家和工程技术人员对氢经济领域有全面的了解。本书还介绍了储氢和输氢环节主要的分析测评方法，并介绍了最新的氢的典型应用案例。为了增加本书的参考价值，在附录中列出了氢气和主要氢化物的物化参数、部分储氢材料的主要吸放氢性能、氢气储运的相关标准、国内主要机构及企业等信息。
本书是在国际国内氢能市场化起步大背景下编撰的一本重要的专著，将为新能源领域投资者、氢能领域企业家和工程技术人员、新能源专业教师及本科、硕博士研究生提供全面而深入的氢的储存和输运方面的知识，为我国氢能全面市场化提供理论和技术支撑。
本书共11章，第1章主要介绍氢经济的概念、氢的物理化学性质和氢能的关键技术及氢气输运的发展趋势。第2章主要介绍氢气高压储存原理、关键技术及应用前景。第3章主要介绍氢气液化储存原理、关键技术及应用领域。第4章主要介绍几种材料的物理吸附储氢原理及应用前景。第5章主要介绍几种典型的金属氢化物储氢材料及应用前景。第6章主要介绍几种典型的复杂氢化物储氢材料及发展趋势。第7章主要介绍几种直接水解制氢的储氢与产氢一体化技术及应用前景。第8章主要介绍氢气车船运输的方法及关键技术。第9章主要介绍氢气管网输送的方法和关键技术。第10章主要介绍氢气储运的测评方法。第11章主要介绍氢能的一些典型应用案例。附录包含了氢气和氢化物物化参数、部分储氢材料的主要吸放氢性能、氢气储运相关标准、主要机构和企业清单。本书第1～3章，第7～11章由四川大学吴朝玲副教授编写，第4、5章由燕山大学李媛副教授编写，第6章由安徽工业大学李永涛教授、滨州学院高志杰副教授、河南工业大学王涵讲师和日本九州大学李海文副教授联合编写，最后由吴朝玲副教授统稿。
在此感谢国家重点研发计划（2018YFB1502101）对本书出版的资助。在本书编撰过程中四川大学陈云贵教授给出了宝贵的意见和建议。感谢化学工业出版社袁海燕编辑的热忱帮助。
在本书的编撰过程中，编者尽量收集国内外相关的文献资料，力求准确有效，即便如此，由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请谅解并批评斧正。

吴朝玲
2020年3月

《氢气储存和输运》主要内容包括氢气高压储存、氢气液化储存、材料吸附储氢、金属氢化物储氢、复杂氢化物储氢、储氢与产氢一体化、氢气车船运输、氢气管网输送等与氢气的储存和输运相关的技术，与之相关的测评方法，以及氢能的一些典型应用案例，既全面深入地论述了原理和关键技术，也注重评述各种技术的适用范围及实际应用。本书全面系统地阐述氢气储存和输运环节中各种技术的发展历程、最新的研究成果和成功的应用案例，具有很强的科学性、工程指导性和参考价值。
本书可供氢能、材料、化工及其他相关行业领域的科研技术人员和学生阅读参考。

第1章绪论/1
1.1氢与氢经济/1
1.2氢的物理和化学性质/3
1.2.1氢的物理性质/3
1.2.2氢的化学性质/3
1.2.3氢的安全性/5
1.3氢能的关键技术/6
1.3.1氢的制取技术/6
1.3.2氢的储存和运输技术/14
1.3.3氢的应用技术/17
1.4氢气储运的问题与发展趋势/20
参考文献/21

第2章氢气的高压储存/23
2.1氢气高压储存原理/23
2.2氢气高压储存的关键技术/24
2.2.1高压氢气的压缩方式/24
2.2.2高压氢气的储存/27
2.3氢气高压储存应用前景/32
2.3.1运输用大型高压储氢容器/32
2.3.2加氢站用大型高压储氢容器/34
2.3.3燃料电池车用高压储氢罐/34
2.4小结/35
参考文献/35

第3章氢气液化储存/36
3.1氢气液化原理/36
3.1.1几个重要的术语/36
3.1.2氢的液化方法/39
3.2氢气液化储存关键技术/40
3.2.1氢气液化技术/40
3.2.2液氢存储技术/41
3.3氢气液化储存应用前景/46
3.3.1液氢在航空领域的应用/46
3.3.2液氢在航天领域的应用/47
3.3.3液氢在汽车领域的应用/48
3.3.4液氢在其他领域的应用/50
3.4小结与展望/51
参考文献/51

第4章材料吸附储氢/52
4.1碳材料储氢/52
4.1.1活性炭吸附储氢/52
4.1.2碳纤维吸附储氢/53
4.1.3碳纳米管吸附储氢/55
4.1.4其他碳基储氢材料/57
4.2金属-有机骨架材料储氢/58
4.2.1金属-有机骨架材料的结构特点/58
4.2.2金属-有机骨架材料的储氢性能/59
4.3沸石类材料储氢/61
4.4材料物理吸附储氢应用前景/63
参考文献/63

第5章金属氢化物储氢/68
5.1概述/68
5.1.1金属氢化物储氢的概念/68
5.1.2金属氢化物储氢的热力学原理/69
5.1.3金属氢化物储氢的动力学过程/71
5.1.4金属氢化物储氢性能的评价/71
5.2金属单质储氢/73
5.2.1金属镁储氢/73
5.2.2金属钛储氢/74
5.2.3金属钒储氢/74
5.3合金储氢/75
5.3.1A2B型储氢合金/76
5.3.2AB型储氢合金/80
5.3.3AB2型储氢合金/82
5.3.4AB5型储氢合金/85
5.3.5BCC型储氢合金/88
5.3.6La-Mg-Ni系超晶格储氢合金/90
5.4金属氢化物储氢应用前景/93
参考文献/94

第6章复杂氢化物储氢/99
6.1引言/99
6.2铝氢化物储氢材料/99
6.2.1铝氢化物的合成与晶体结构/100
6.2.2铝氢化物的物化性质与吸/放氢机制/102
6.2.3催化掺杂铝氢化物/105
6.2.4纳米铝氢化物/111
6.3硼氢化物储氢材料/117
6.3.1硼氢化物的合成与晶体结构/118
6.3.2硼氢化物的物化性质和吸/放氢机制/121
6.3.3离子替代硼氢化物/122
6.3.4硼氢化物反应失稳体系/125
6.3.5纳米硼氢化物/126
6.4金属氨基化合物储氢材料/129
6.4.1金属氨基化合物的制备/130
6.4.2金属氨基化合物的典型晶体结构/131
6.4.3复合反应机理/135
6.4.4复合储氢性能/137
6.5小结与展望/144
参考文献/144

第7章储氢与产氢一体化/161
7.1NaBH4体系水解制氢/161
7.1.1NaBH4体系水解制氢原理/162
7.1.2NaBH4体系水解制氢关键技术/168
7.2Mg/MgH2水解制氢/177
7.2.1Mg/MgH2水解制氢原理/177
7.2.2Mg/MgH2水解制氢关键技术/177
7.3金属铝水解制氢/187
7.3.1金属铝水解制氢原理/187
7.3.2金属铝水解制氢关键技术/187
7.4其他化学制氢体系/194
7.5水解制氢装置/195
7.5.1NaBH4可控水解制氢装置/195
7.5.2Al-H2O可控水解制氢装置/196
7.6储氢与产氢一体化技术应用前景/197
参考文献/198

第8章氢气车船运输/206
8.1氢气车船运输方法/207
8.1.1气态氢的拖车运输/207
8.1.2液态氢的车辆运输/209
8.1.3液态氢的船舶运输/209
8.1.4液氨的运输/210
8.1.5有机液态氢化物的运输/211
8.1.6固态氢的运输/212
8.2氢气车船运输关键技术/212
8.2.1高压氢气车船运输的关键技术/212
8.2.2液态氢车船运输的关键技术/213
8.2.3液氨车船运输的关键问题/214
8.2.4有机液态氢化物车船运输的关键问题/215
8.3小结与展望/216
参考文献/218

第9章氢气管网输送/220
9.1氢气管网输送方法/220
9.1.1纯氢气的管网输送/220
9.1.2氢-天然气混合气的管网输送/222
9.2氢气管网输送关键技术/223
9.2.1输氢用钢制管道和氢脆/224
9.2.2氢气的泄漏和全程监测/231
9.2.3氢气压缩/233
9.3氢气管网输送的经济性/234
9.4小结与展望/234
参考文献/234

第10章氢气储运测评方法/237
10.1氢气纯度的检测方法/237
10.1.1低纯度氢气（纯度小于99.99%）的分析方法/237
10.1.2高纯度氢气（纯度高于99.99%）的分析方法/238
10.2材料吸放氢性能检测/240
10.2.1体积法/240
10.2.2热脱附谱/241
10.2.3热重法/241
10.2.4电化学法/241
10.3氢气中颗粒物的检测法/241
10.3.1重量法/242
10.3.2β射线吸收法/242
10.3.3微量振荡天平法/242
10.3.4光散射法/242
10.4氢气瓶检测/242
10.4.1铝内胆的检测方法/243
10.4.2气瓶的检测方法/243
10.5氢气输送管道检测/245
10.5.1金属材料与氢环境相容性试验方法/245
10.5.2金属材料氢脆敏感度试验方法/246
10.6相关的其他检测/247
10.6.1氢气泄漏检测的方法/247
10.6.2氢燃料电池车中氢系统的安全监控/247
10.7小结与展望/248
参考文献/248

第11章氢的典型应用案例/250
11.1燃料电池车辆/250
11.1.1燃料电池乘用车/250
11.1.2燃料电池城市客车/252
11.1.3燃料电池叉车/253
11.2固定式燃料电池发电/254
11.2.1移动通信基站用燃料电池发电/254
11.2.2家庭用燃料电池发电/255
11.2.3其他用途固定式燃料电池发电/257
11.3移动式燃料电池电源/257
11.3.1基于水解制氢的燃料电池充电宝/257
11.3.2基于可逆气固储氢的燃料电池充电宝/258
11.4电解水储能/259
11.5氢内燃机/261
11.6燃料电池电动船舶/264
11.6.1潜艇/264
11.6.2民用燃料电池船舶/266
11.7加氢站/267
11.7.1加氢站的工艺流程/267
11.7.2加氢站的建设数量及规划/268
11.7.3加氢站建设的技术路线/269
11.7.4小结与展望/271
11.8金属氢化物氢压缩机/272
11.8.1金属氢化物氢压缩机的工作原理/272
11.8.2金属氢化物氢压缩机的主要特点/272
11.8.3金属氢化物氢压缩机的关键技术/272
11.8.4金属氢化物氢压缩机技术的典型案例/273
11.9氢气的纯化/274
11.9.1低温吸附法/275
11.9.2低温吸收法/275
11.9.3深冷分离法/275
11.9.4变压吸附法/276
11.9.5膜分离法/277
11.9.6金属氢化物分离法/277
11.9.7水合物分离法/278
11.9.8氢气纯化与分离技术的发展趋势/279
11.10小结与展望/279
参考文献/280

附录/283
附录Ⅰ氢气及部分氢化物的物化参数/283
附录Ⅱ一些氢化物的物化参数/284
附录Ⅲ一些储氢材料的物化特性参数和吸放氢性能/285
附录Ⅳ氢气储运相关标准列表/287
附录Ⅴ国内从事氢气储运研发的部分相关机构/287
附录Ⅵ国内从事氢气储运的部分相关企业/288
参考文献/289