液态氢：一种清洁能源载体的科普

液态氢：一种清洁能源载体的科普

液态氢（LH2）作为一种清洁能源载体，在航空航天、燃料电池等领域具有重要应用。本文将从液态氢的定义、物理化学性质以及使用安全等方面进行科普介绍。

什么是液态氢

液态氢（LH2或LH2）是元素氢的液态形式，氢以分子H2的形式天然存在。要使氢气以液体形式存在，需要将其冷却至其临界点33K以下。而在大气压下，H2需要冷却到20.28K（-252.87°C；-423.17°F）才能完全液化。常见的制备方法是使用类似于喷气发动机的压缩机。液态氢通常用作浓缩形式储氢。对于任何气体，在常温常压下以液体形式储存比以气体形式储存所占用的空间要小。然而，与其他常见燃料相比，液体密度非常低。液化后，它可以在加压和隔热容器中保持为液体。

氢有两种自旋异构体；液态氢由99.79％的仲氢和0.21％正氢。

液态氢的属性

液态氢与氧气燃烧的产物是水蒸气（尽管如果它与氧气和氮气燃烧，它会形成有毒化学物质），可以用一些液态氢冷却。由于水通常被认为对环境无害，因此燃烧它的发动机可以被视为“零排放”。然而，在航空业中，大气中排放的水蒸气会导致全球变暖（程度低于CO2）。液态氢还具有比汽油、天然气或柴油高得多的比能。

液态氢的密度仅为70.99g/L（在20K时），相对密度仅为0.07。虽然比能量是其他燃料的两倍多，但这使它具有非常低的体积能量密度，低许多倍。

液态氢需要低温储存技术，例如特殊的隔热容器，并且需要对所有低温燃料进行特殊处理。这类似于液氧，但比液氧更严重。即使使用隔热容器也很难保持如此低的温度，氢气会逐渐泄漏（通常以每天1%的速度）。它还与其他形式的氢存在许多相同的安全问题，并且足够冷以液化甚至固化大气中的氧气，这可能是爆炸危险。

液态氢的安全

由于其低温，液态氢对冷烧伤是一种危险。作为液体的元素氢在生物学上是惰性的，它作为蒸气的人类健康危害是置换氧气，导致窒息。由于其易燃性，液态氢应远离热源或火焰，除非打算点燃。