天然气、氢气以其热值高、污染物排放少的优点受到了人们的喜欢。如何安全、经济、有效的储存这些气体燃料还是一个没有解决的课题。较热门的研究活题是利用高比表面活性碳、碳纳米管和碳纳米纤维吸附储存天然气和氢气,但是还远远没有达到能实用的地步。原因之一是没有一种吸附剂材料能达到实用的能量密度要求;之二是还没有一种方法很好的解决吸脱附过程当中热效应的问题。
吸脱附过程是一个放热吸热过程,任何速率的吸附或脱附过程都伴随着吸附系统温升一温降现象的发生。学者周理利用Ax一21活性碳进行了吸附储存天然气和氢气的研究,得出Ax一21活性碳吸附储存天然气的平均吸附热为16.5kJ/mol,吸附储存氢气的平均吸附热为6.4kJ/mol。吸脱附的热效应对吸附系统的吸附过程和脱附过程有很大的负面作用:吸附过程中放热,吸附系统的温度升高,温度升高将不利于吸附作用的进行,从而降低吸附量;脱附过程中吸热,吸附系统的温度降低将不利于脱附作用的进行,将会增加脱附残余量。吸热一放热作用,可使吸附容量减少约40%。国内外的学者针对车用吸附储存系统,对其吸附热效应进行了大量的实验和理论上的研究。美国联台碳化物公司资助的NYSERDA(NewYorkstate energyresearch anddevelopmentauthority)和NYGAS(NewYorkgasgmup)联合组织和AGLARG(Atlantagaslight adsorption researchgroup)国际合作组织一直致力于吸附法储存天然气汽车燃料技术的研究,他们的主要工作之一就是研究吸附热对储气能力的影响及降低吸附热影响的储气技术。
前人的实验研究结果已经对吸附储罐中的温度场分布有了一个清楚的描述。但是吸附剂的特征参数如孔径分布、填充密度,比表面积是否对吸附热和吸附系统动态吸附储量有影响还是一个未知的话题。还有一个有意思的问题:吸附性能越好的吸附剂,其动态吸附储存量是否就越大(吸附性能好,吸附热效应可能更强烈,残余吸附量可能会更多)。这些都需要从理论上和实验得以验证。对于碳纳米管、碳纳米纤维吸附储存氢气,确定碳纳米管和碳纳米纤维的热物性参数,建立合适的数学模型描述吸附系统的动态特征也是待解决的课题。