氢气应用范围及储存方法的可行性研究报告

第一节 氢气的简介

氢是一种化学元素，在元素周期表中位于第一位。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭，极易燃烧的由双原子分子组成的气体，氢气是最轻的气体。医学上用氢气来治疗疾病。  （可行性研究报告）

第二节 氢气的储存方法

氢是一种能量密度很高的清洁可再生能源，但其特殊性质导致难以常温常压储存，泄漏后有爆炸危险。若能突破储存技术便可以广泛用于各种动力设备。中国利用特殊溶液大量吸收氢气，一立方米可以吸收超过50公斤，平常可以稳定储存，加入催化剂便可释放氢气，储氢材料可重复使用2000次。该技术国际领先，或引发氢能利用革命。

保存氢气方法很多，但是高效的储氢方法主要有：液化储氢（成本太高，而且需要很高的能量维持其液化）；压缩储氢（重量密度和体积密度都很低）；金属氢化物储氢（体积存储密度较高，但是重量密度低），还有一个是现在正在研究的碳纳米管吸附储氢（已经证明在室温和不到1bar(约一个大气压)的压力下，单壁碳管可以吸附5%-10%,多壁碳纳米管储氢可达14%,但是这些报道都受到了质疑，原因是目前尚未建立一个世界上公认的检测碳纳米管储氢的检测标准）目前根据理论推算和反复验证，大家普遍认为可逆储/放氢量在5%（质量密度百分比）左右，但是即使是只有5%也是迄今为止最好的储氢材料。

氢的储运技术是制约氢能发展的最主要技术瓶颈，目前其研究主要集中在高压储氧罐、轻金属材料、复杂氢化物材料、有机液态材料等氢储运技术。将氢气经特殊处理溶解在液态材料中，实现氢能的常态化、安全化应用，甚至用普通矿泉水瓶也能装运，这一愿景正在逐渐接近现实。业界认为该技术处于国际领先水平，并有可能引发氢能利用革命。

第三节 氢气的应用范围

氢是重要工业原料，如生产合成氨和甲醇，也用来提炼石油，氢化有机物质作为收缩气体，用在氧氢焰熔接器和火箭燃料中。在高温下用氢将金属氧化物还原以制取金属较之其他方法，产品的性质更易控制，同时金属的纯度也高。广泛用于钨、钼、钴、铁等金属粉末和锗、硅的生产。由于氢气很轻，人们利用它来制作氢气球——氢气球。）氢气与氧气化合时，放出大量的热，被利用来进行切割金属。  

利用氢的同位素氘和氚的原子核聚变时产生的能量能生产杀伤和破坏性极强的氢弹，其威力比原子弹大得多。

清洁能源，用于汽车等的燃料。为此，美国于2002年还提出了“国家氢动力计划”。但是由于技术还不成熟，还没有进行大批的工业化应用。2003年科学家发现，使用氢燃料会使大气层中的氢增加约4～8倍。认为可能会让同温层的上端更冷、云层更多，还会加剧臭氧洞的扩大。但是一些因素也可抵销这种影响，如使用氯氟甲烷的减少、土壤的吸收、以及燃料电池的新技术的开发等。

在常温下，氢比较不活泼，但可用合适的催化剂使之活化。在高温下，氢是高度活泼的。除稀有气体元素外，几乎所有的元素都能与氢生成化合物。非金属元素的氢化物通常称为某化氢，如卤化氢、硫化氢等；金属元素的氢化物称为金属氢化物，如氢化锂、氢化钙等。

氢是重要的工业原料，又是未来的能源，也是最清洁的燃料。

氢的同位素氘和氚可应用于核聚变，提供能量，因为技术原因，核聚变发电还无法大量应用。

第四节 氢气的发展历史

早在十六世纪，瑞士的一名医生就发现了氢气。他说：“把铁屑投到硫酸里，就会产生气泡，像旋风一样腾空而起。”他还发现这种气体可以燃烧。然而他是一位著名的医生，病人很多，没有时间去做进一步的研究。

十七世纪时又有一位医生发现了氢气。那时人们的智慧被一种虚假的理论所蒙蔽，认为不管什么气体都不能单独存在，既不能收集，也不能进行测量。这位医生认为氢气与空气没有什么不同，很快就放弃了研究。最先把氢气收集起来并进行认真研究的是在1766年英国的一位化学家卡文迪什。

卡文迪什非常喜欢化学实验，有一次实验中，他不小心把一个铁片掉进了盐酸中，他正在为自己的粗心而懊恼时，却发现盐酸溶液中有气泡产生，这个情景一下子吸引了他。他又做了几次实验，把一定量的锌和铁投到充足的盐酸和稀硫酸中（每次用的硫酸和盐酸的质量是不同的），发现所产生的气体量是固定不变的。这说明这种新的气体的产生与所用酸的种类没有关系，与酸的浓度也没有关系。

卡文迪什用排水法收集了新气体，他发现这种气体不能帮助蜡烛的燃烧，也不能帮助动物的呼吸，如果把它和空气混合在一起，一遇火星就会爆炸。卡文迪什经过多次实验终于发现了这种新气体与普通空气混合后发生爆炸的极限。他在论文中写道：如果这种可燃性气体的含量在9.5%以下或65%以上，点火时虽然会燃烧，但不会发出震耳的爆炸声。

随后不久他测出了这种气体的比重，接着又发现这种气体燃烧后的产物是水，无疑这种气体就是氢气了。卡文迪什的研究已经比较细致，他只需对外界宣布他发现了一种氢元素并给它起一个名称就行了。但卡文迪什受了虚假的“燃素说”的欺骗，坚持认为水是一种元素，不承认自己无意中发现了一种新元素。

后来拉瓦锡听说了这件事，他重复了卡文迪什的实验，认为水不是一种元素而是氢和氧的化合物。在1787年，他正式提出“氢”是一种元素，因为氢燃烧后的产物是水，便用拉丁文把它命名为“水的生成者”。  

2016年1月，英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，从而生成“第五状态氢”，即氢的固体金属状态。这种状态的氢通常存在于大型行星或太阳内核之中，分子分离成单原子，电子的行为特征像金属电子一样。
 

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