儲氫合金在能量轉換技術方面的應用—儲氫與輸氫技術

氫能源是未來社會的新能源和清潔能源之一，其關鍵技術之一就是安全且經濟的儲存和輸送。傳統高壓氣儲運及液態(tài)氫儲運有不安全、能耗高、經濟性差等缺陷，而金屬氫化物儲氫密度比液氫高，氫以原子態(tài)儲存于合金中，重新放出來時受熱效應與速度的制約，不易爆炸，安全程度高。

01、對儲氫器的要求

基本要求：

①提高熱傳導性——將吸氫時產生的熱量及時排走，同時能從外部得到釋放氫必要的熱量；

②改善粉末床的傳質特性，防止粉末流動，避免粉末堆積緊實；

③提供氫化物足夠多的膨脹空間（吸氫后體積膨脹約25%）；

④密封、耐壓、抗氫脆；

⑤耐用、壽命長。

目前技術：

①真空燒結多孔儲氫復合材料（孔隙率大但損失儲氫量）；

②鍍銅壓塊復合儲氫材料（有吸氫膨脹空間，改善了導熱性，但增加成本）；

③與液體溶劑混合組成漿料復合材料；

④分隔床和直接混裝技術（防止粉末流動，確保傳熱特性，但成本高）。

02、金屬氫化物儲氫裝置的結構

當向2塊多孔板組成的小隔室內導入氫氣時，氫沿著整個多孔板的板面向吸氫合金內擴散，并被儲存起來，產生的熱量經多孔板對面的加熱冷卻器排走。放氫時，通過加熱冷卻器加熱合金層，氫通過多孔板向外流出。（特點：合金層的厚度總保持一定，在吸收和釋放氫過程中沒有任何傳熱損失）

圖1 內部間隔型吸氫裝置

圖2 單元層疊型儲氫裝置

圖3 分割型儲氫桶示意圖

圖4 套筒形翅片熱交換儲氫器

圖5 金屬氫化物儲氫桶略圖

圖6 翅片式熱交換儲氫裝置

原則上保證材料儲氫量大；熱交換充分、方便；能充分利用可選用的廢熱；加料盡可能多；體積盡量小；質量盡量輕，安全性盡可能好。

03、金屬氫化物輸氫

主要限制：輸送裝置的質量。

要求：合金輸氫時應質量輕、儲氫量大，儲氫容器也應質量輕。

目前技術：

①鎂系合金質量輕、儲氫量大，但氫化時需高溫高壓，使容器質量增大；

②輕量間歇式輸氫裝置（容器外側充入惰性氣體，使容器內外壓差相等，不必采用耐壓結構，減輕質量）；

③用LaNi5或TiFe作儲氫材料，質量與高壓鋼瓶相同，容器體積減小到1/4。

04、儲氫容器開發(fā)現狀

目前所開發(fā)的儲氫裝置，儲氫量最小的只有0.7m?，大的達2000m?。

作為儲氫材料有AB系、AB2系、AB5系等。

容器熱交換結構有內部冷熱型、內部隔離型、外部冷熱型、多管型、鍍銅壓塊型等。

05、汽車用氫化物箱

MH氫汽車優(yōu)勢：

①不會排放出CO等含碳化合物和氮化合物，利于保護環(huán)境；

②金屬氫化物具有加熱釋氫的特性，可利用汽車尾氣熱量加熱隨車儲存的金屬氫化物；

③現代內燃機汽車稍加改造就可用氫做燃料，氫發(fā)動機的熱效率比燒汽油好。

MH氫汽車吸氫合金要求：

①吸熱能小

②放氫壓力為零點幾MPa

③儲氫密度高

④性能劣化少

⑤成本低

⑥壽命長

圖7 MH氫汽車的燃料供給系統

目前技術：

①TiFe氫化物，屬于低溫工作型，發(fā)動機冷水作為熱源，不需要另外的輔助熱源。發(fā)動機冷卻水約90℃，足以供給TiFe氫化物分級所需熱能。

②鎂系氫化物，屬于高溫工作型，燃料箱以汽車排氣為熱源。放氫時高溫熱源最低約300℃，啟動時需輔助熱源。發(fā)動機排氣溫度高，適于做氫化物分解熱源。

圖8 TiFe系氫化物汽車燃料供給系統

圖9 鎂系氫化物汽車燃料供給系統

洛達氫能以固態(tài)儲氫為核心，擁有從儲氫合金研發(fā)到裝備設計制造的全流程技術，為用戶提供從工商業(yè)發(fā)電、加氫站、到車載儲氫的氫能定制化解決方案。