液氢（Liquid Hydrogen，LH₂）是通过将氢气冷却至极低温度制成的液态形式，是一种高效、清洁的能源载体，尤其在航天和新能源领域具有重要应用。以下是关于液氢的详细介绍：
1. 基本性质
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温度极低：在标准大气压下，液氢的沸点为 -252.8°C（20.3K），接近绝对零度，是自然界最冷的液体之一。
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密度低：液态密度约为 70.8 kg/m³（是气态氢的800倍以上），但仍是常见燃料中密度最低的。
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无色无味：高纯度液氢透明，与空气接触时会形成白色雾状冷凝云（因空气中的水蒸气冻结）。
2. 制备与储存
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制备工艺：
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预冷却：氢气先通过液氮（-196°C）预冷。
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液化：通过膨胀机或节流阀进一步冷却至-253°C以下，转化为液态。
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纯化要求：需去除杂质（如氧气、水分），避免固化堵塞管道。
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储存挑战：
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绝热容器：需使用双层真空绝热容器（如杜瓦瓶）减少热传导。
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蒸发损失：即使绝热良好，每天仍有约1%的蒸发（需排放或再液化）。
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3. 应用领域
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航天推进：
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作为火箭燃料（如航天飞机的主发动机、SLS火箭），与液氧（LOX）组合燃烧效率极高（比冲可达450秒以上）。
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氢能源：
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燃料电池车的氢储能形式（如丰田Mirai部分车型试验液氢技术）。
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未来可能用于航空（空客等公司在研液氢飞机）。
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科研与工业：
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超导实验、粒子加速器的冷却介质。
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半导体制造中的高纯度氢源。
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4. 优缺点
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优势：
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零碳排放：燃烧或电化学反应仅生成水。
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高能量质量比：单位质量热值约 120-142 MJ/kg，是汽油的3倍。
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劣势：
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能耗高：液化过程消耗氢气自身能量的30%-40%。
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成本高：储存和运输需特殊材料，基础设施昂贵。
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安全风险：易泄漏、易燃爆（空气中爆炸极限4%-75%），需严格管控。
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5. 安全注意事项
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防爆措施：避免与空气混合，需在通风环境中操作。
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防冻伤：接触极端低温会导致严重冻伤，需穿戴防护装备。
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材料选择：避免使用易脆化的普通金属（如碳钢），常用不锈钢、铝合金或复合材料。
6. 未来发展方向
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液化技术优化：新型磁制冷或热声制冷可能降低能耗。
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规模化运输：液氢油轮（如日本川崎重工试点项目）和管道网络建设。
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绿色氢能：结合可再生能源电解水制氢（“绿氢”），推动全产业链脱碳。
液氢是清洁能源转型的关键技术之一，尽管面临挑战，但在航天、交通和工业领域的潜力巨大。随着技术进步和成本下降，未来可能成为能源体系的重要组成部分。
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