高压微通道液态涂层纳米氢气泡技术及其稳定性

《Journal of Energy Storage》：High-pressure microchannel liquid-coated nano hydrogen bubble technology and stability

　　

Fanchang Zeng|Jiangyi Song|Naichao Chen

中国上海，200090，上海电力大学能源与机械工程学院

摘要

由于氢气密度低且易逸散，很难在气态、液态和固态状态下实现经济高效的储存。为提高氢气储存效率并降低成本，本文提出利用高压微通道将纳米气泡封装在液体中，从而在常温和常压下储存氢气。通过微通道及减压方法，可实现液态中纳米氢气泡的均匀且长期稳定的储存。研究结果表明，微通道的入口压力越高，纳米气泡的尺寸越小，当压力达到200 MPa时可达稳定状态。液态中的纳米氢气泡可稳定储存10天以上，且储存时间越长，纳米气泡的尺寸逐渐增大。同时，液体温度也会显著影响纳米气泡的稳定性。本研究证实了高压微通道液态封装纳米氢气泡用于氢气储存的可行性，为高效氢气储存提供了新的解决方案。

章节节选

引言

随着全球能源结构向低碳和清洁能源系统转型，氢能因其高能量密度、零碳排放以及丰富的资源，被视为未来能源体系中的重要组成部分。然而，由于氢气密度低且易逃逸，其在气态、液态和固态储存方式中都难以实现高效的储存与运输。因此，如何安全高效地储存和运输氢气已成为亟待解决的重大问题

液态中氢气气泡的宏观运动学计算

通过模拟和分析溶液中气泡的运动，可以系统地研究气泡在液体中的运动特性，包括速度变化、形状演变以及轨迹变化，进而揭示不同环境条件下气泡的运动行为和稳定机制。本文采用CFD计算方法来研究液态中氢气气泡的宏观运动学特性。首先，构建了一个二维矩形

液态中氢气气泡的宏观运动特征

如图4所示，模拟了不同直径的氢气气泡的运动情况。可以看出，不同直径的氢气气泡在水中的运动存在显著差异。由于体积较大，10毫米和5毫米的氢气气泡所受浮力更大，上升速度也快于小直径气泡。同时，这两种类型的气泡在上升过程中形状都会发生明显变化，从球形变为向上弯曲的形状。对比

结论

从液态氢储存技术出发，考虑到让纳米气泡在液体中长期留存，本文提出了以气液涂层的形式在液体中稳定储存氢纳米气泡的方法。尽管本研究所实现的氢气储存容量仍低于传统的高压气态氢储存系统以及一些先进的固态氢储存材料，但所提出的液态封装纳米氢气泡方法展现了良好的应用前景

CRediT作者贡献说明

Fanchang Zeng：撰写——初稿。 Jiangyi Song：指导。 Naichao Chen：撰写——审阅与编辑。

伦理声明

本研究未涉及人类参与者、人类数据、动物实验或临床试验，因此无需伦理审批和知情同意。

资金支持声明

本研究得到了相关机构和科研项目的资助。该工作由上海市科学技术委员会资助，项目编号为24DZ3000803和19DZ2271100，同时还得到了上海市第四类高峰学科发展计划下的非碳能源转化与利用研究所的支持。

利益冲突声明

作者声明，在本文的发表过程中不存在任何利益冲突。本研究未获得任何商业或非商业来源的资助、经济支持或其他好处。本文的内容和撰写完全由作者负责。

致谢

该工作得到了上海市科学技术委员会资助，项目编号为24DZ3000803和19DZ2271100，同时也得到了上海市第四类高峰学科发展计划下的非碳能源转化与利用研究所的支持。作者特别感谢谢佩红和赵阳在数据处理和实验测试方面给予的帮助。