PNNL利用磁热效应制液态氢

据国外网站报道：数十年以来，氢燃料电池一直存在于科学小说中。然而，随着燃料电池升降机和新型燃料电池汽车的涌现—例如丰田氢燃料电池汽车“未来”—这种超低低排放科技正处在主流应用的边缘。燃料电池技术十分接近大规模商业化，它将需要大范围的氢能供应和加氢等基础设施。

有别于市场上大多数的汽车以汽油和柴油为燃料，燃料电池汽车以氢气为动力燃料。但是要想让燃料电池汽车实现高度普及化，仍需要更多的加氢站设施，本地液氢供应，以及将液氢配给到加氢站的经济解决方案。

氢，这一宇宙中最丰富的元素，设法使其转变为液态，需要将温度降到零下20K(-253摄氏度/零下423华氏摄氏度)。当前的做法是应用一种能量密集、多步压缩以及扩充氢气过程直至氢气完成液化。西北太平洋国家实验室（PNNL）、翡翠能源（NW）有限责任公司以及阿姆斯国家实验室联合提出了一种基于磁热制冷技术的新型方法。这种新型方法可以全部替代之前方法将氢气液化成本减少25%甚至更多。

磁热液化

该系统利用物理学中的磁热效应现象来进行工作。使用一种特定种类的材料-铁磁体，例如钆-当它受到磁场的作用时温度将会上升，一旦将其脱离磁场又将会冷却下来。

在西北太平洋国家实验室（PNNL）系统中，小型钆球被放置在活塞形的玻璃纤维外壳中，用于将材料移入和移出由超导磁体创造的强磁场中。在可控制的条件下，当钆材料移入磁场中时它的温度开始上升。紧接着让氦气通过多孔钆来转移温度和驱除钆。当把钆材料从磁场中移走时它开始急剧冷却。再次泵入氦气，通过钆球体表面，将其热量传递给了冷却后的钆，冷却后的氦气接着流过放置的待液化气体与其进行热交换。这里的冷氦气冷却了过程气。这一冷却循环重复进行直到目标气体的温度达到使其转化为液态的冷却温度。

PNNL系统由美国能源部的能源效益事务处和可再生能源燃料电池科技部资助，其重要性体现在以下三个方面：第一，它无需单独用预冷气体的方法进行液化；第二，它实现了针对每个磁制冷材料的温度差优化；最后它计划达到比其他已提出的磁热液化设计减少约87%的钆和其他磁致冷材料。近期，西北太平洋国家实验室（PNNL）成功在室温条件下实现了丙烷的液化。

这个项目的下一步计划是致力于实现提高温度跨度来达到液化氢气所需要的低温。如果进展顺利的话，西北太平洋国家实验室(PNNL)预测这项制冷科技的能源利用率与现有的氢气液化装置相比将提高50%，或许这个高效新型制冷器将成为促进液氢的制备以及整个燃料电池汽车行业发展的有效推动力。