儲(chǔ)氫合金在能量轉(zhuǎn)換技術(shù)方面的應(yīng)用—儲(chǔ)氫與輸氫技術(shù)

氫能源是未來(lái)社會(huì)的新能源和清潔能源之一，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是安全且經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)存和輸送。傳統(tǒng)高壓氣儲(chǔ)運(yùn)及液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)有不安全、能耗高、經(jīng)濟(jì)性差等缺陷，而金屬氫化物儲(chǔ)氫密度比液氫高，氫以原子態(tài)儲(chǔ)存于合金中，重新放出來(lái)時(shí)受熱效應(yīng)與速度的制約，不易爆炸，安全程度高。

01、對(duì)儲(chǔ)氫器的要求

基本要求：

①提高熱傳導(dǎo)性——將吸氫時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)排走，同時(shí)能從外部得到釋放氫必要的熱量；

②改善粉末床的傳質(zhì)特性，防止粉末流動(dòng)，避免粉末堆積緊實(shí)；

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(zhǎng)。

目前技術(shù)：

①真空燒結(jié)多孔儲(chǔ)氫復(fù)合材料（孔隙率大但損失儲(chǔ)氫量）；

②鍍銅壓塊復(fù)合儲(chǔ)氫材料（有吸氫膨脹空間，改善了導(dǎo)熱性，但增加成本）；

③與液體溶劑混合組成漿料復(fù)合材料；

④分隔床和直接混裝技術(shù)（防止粉末流動(dòng)，確保傳熱特性，但成本高）。

02、金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的結(jié)構(gòu)

當(dāng)向2塊多孔板組成的小隔室內(nèi)導(dǎo)入氫氣時(shí)，氫沿著整個(gè)多孔板的板面向吸氫合金內(nèi)擴(kuò)散，并被儲(chǔ)存起來(lái)，產(chǎn)生的熱量經(jīng)多孔板對(duì)面的加熱冷卻器排走。放氫時(shí)，通過加熱冷卻器加熱合金層，氫通過多孔板向外流出。（特點(diǎn)：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(nèi)部間隔型吸氫裝置

圖2 單元層疊型儲(chǔ)氫裝置

圖3 分割型儲(chǔ)氫桶示意圖

圖4 套筒形翅片熱交換儲(chǔ)氫器

圖5 金屬氫化物儲(chǔ)氫桶略圖

圖6 翅片式熱交換儲(chǔ)氫裝置

原則上保證材料儲(chǔ)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(zhì)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(zhì)量。

要求：合金輸氫時(shí)應(yīng)質(zhì)量輕、儲(chǔ)氫量大，儲(chǔ)氫容器也應(yīng)質(zhì)量輕。

目前技術(shù)：

①鎂系合金質(zhì)量輕、儲(chǔ)氫量大，但氫化時(shí)需高溫高壓，使容器質(zhì)量增大；

②輕量間歇式輸氫裝置（容器外側(cè)充入惰性氣體，使容器內(nèi)外壓差相等，不必采用耐壓結(jié)構(gòu)，減輕質(zhì)量）；

③用LaNi5或TiFe作儲(chǔ)氫材料，質(zhì)量與高壓鋼瓶相同，容器體積減小到1/4。

04、儲(chǔ)氫容器開發(fā)現(xiàn)狀

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

作為儲(chǔ)氫材料有AB系、AB2系、AB5系等。

容器熱交換結(jié)構(gòu)有內(nèi)部冷熱型、內(nèi)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(shì)：

①不會(huì)排放出CO等含碳化合物和氮化合物，利于保護(hù)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(chǔ)存的金屬氫化物；

③現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)汽車稍加改造就可用氫做燃料，氫發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)幾MPa

③儲(chǔ)氫密度高

④性能劣化少

⑤成本低

⑥壽命長(zhǎng)

圖7 MH氫汽車的燃料供給系統(tǒng)

目前技術(shù)：

①TiFe氫化物，屬于低溫工作型，發(fā)動(dòng)機(jī)冷水作為熱源，不需要另外的輔助熱源。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水約90℃，足以供給TiFe氫化物分級(jí)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(shí)高溫?zé)嵩醋畹图s300℃，啟動(dòng)時(shí)需輔助熱源。發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)

圖9 鎂系氫化物汽車燃料供給系統(tǒng)

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