液態有機氫載體

液態有機氫載體（LOHC）是可以通過化學反應吸收和釋放氫的有機化合物。 因此，LOHC 可以用作氫的存儲介質。

原則上，任何不飽和化合物（具有C-C雙鍵或三鍵的有機分子）在氫化時都可以吸收氫。

從歷史上看，LOHC 系統釋放氫氣所需的高溫一直被認為是限制存儲循環整體效率的主要缺點。 2019 年，提出了一種將 LOHC 結合氫轉化為電能的替代方法。 富氫載體在熱中性轉移氫化反應中排出。 氫氣由此轉移到丙酮中。 轉移氫化的產物（2-丙醇）然后在燃料電池（直接異丙醇燃料電池；DIPAFC）中轉化。 這種概念對于移動應用中的車載發電非常有吸引力。

為了吸收氫氣，LOHC（一種不飽和的，主要是芳香族化合物）的脫氫形式在氫化反應中與氫氣發生反應。 氫化是放熱反應并且在升高的壓力（約30-50巴）和約150-200℃的溫度下在催化劑存在下進行。 形成相應的飽和化合物，可在常溫條件下貯存或運輸。 當再次需要氫氣時，現在氫化的、富氫形式的 LOHC 被脫氫，再次從 LOHC 中釋放氫氣。 該反應是吸熱反應，在高溫 (250–320 °C) 下發生，同樣是在催化劑存在的情況下。 在使用氫氣之前，可能必須清除 LOHC 蒸氣。 為了提高效率，應該將離開釋放單元的熱流中所含的熱量轉移到進入釋放單元的富氫 LOHC 冷流中，以保持反應前預熱所需的能量較低。

特別是，吸收氫氣時釋放的氫化反應熱原則上可用于加熱目的或用作工藝熱。

LOHC 最重要的要求是：

• 在整個相關溫度范圍內的液態物質
• 溫度和循環穩定性
• 氫攝取的可逆性

根據應用領域，還必須檢查環境兼容性。 例如，毒性在具有適當安全措施的封閉系統中起著次要作用。

為了確保易于處理（泵送性等），聚集的液態很重要。 應該注意的是，在該過程中 LOHC 以各種形式存在：脫水（低氫）形式、水合（高氫）形式和可能的各種中間階段。 所有形式的熔化溫度都應遠低于室溫。 這是 N-乙基咔唑的一個問題，例如，它在脫水狀態下的熔點約為 70 °C。 此外，必須確保盡可能防止轉變為氣相。 沸點低于脫氫反應的溫度，即過程中的最高溫度，是不夠的，因為氫的存在降低了氣相中 LOHC 的分壓，因此即使低于沸點溫度也可能發生大量蒸發。 因此，LOHC 材料應始終是蒸氣壓盡可能低的物質。 反復用氫充放電，應盡可能少發生分解。 除了過程中的高溫外，還必須考慮氫化和脫氫過程中催化活性物質的存在。作為 LOHC 適用性的決定性因素是在技術合理條件下氫吸收的可逆性。 原則上，每種不飽和化合物都能夠通過氫化作用吸收氫。 然而，由于釋放在熱力學上是不利的，因此只有芳香族化合物適合作為 LOHC。

氫化或脫氫反應不一定導致脫氫或氫化的 LOHC 完全轉化。 因此會出現部分氫化的混合物，包括完全氫化、部分氫化和體積xxx脫水的分子。 了解各自的氫化度對于實際應用很重要。 這可以理解為 LOHC 的一種“充電狀態”或能量含量。 因此，需要確定氫化程度的方法。 由于復雜的實驗室分析（例如使用氣相色譜或核磁共振）在技術實踐中是不可能的，因此使用了與其他更容易測量的變量的相關性。 折射率和密度尤其適用于此。

1 m 二芐基甲苯最多可儲存 57 kg 氫氣，相當于約 1.9 kWh/l。 然而，由于通過脫氫去除需要 11 kWh/kg 的儲存氫氣，因此凈能量密度下降了約三分之一，降至 1.3 kWh/l。 那只是大約十分之一的柴油。

在使用中，由于在脫氫過程中不能或必須始終實現反應的完全轉化，因此可以進一步降低有效能量密度。 此外，考慮到與體積相關的能量密度，必須考慮到水合和脫水形式至少需要一個罐。 原則上，這會導致能量密度再減半。 然而，復雜的結構措施可以改善空間的使用。 例如，可以使用大量的小罐，一次只有一個是空的，或者可以使用內部帶有滑動隔板的罐。