储氢合金在能量转换技术方面的应用—储氢与输氢技术

氢能源是未来社会的新能源和清洁能源之一，其关键技术之一就是安全且经济的储存和输送。传统高压气储运及液态氢储运有不安全、能耗高、经济性差等缺陷，而金属氢化物储氢密度比液氢高，氢以原子态储存于合金中，重新放出来时受热效应与速度的制约，不易爆炸，安全程度高。

01、对储氢器的要求

基本要求：

①提高热传导性——将吸氢时产生的热量及时排走，同时能从外部得到释放氢必要的热量；

②改善粉末床的传质特性，防止粉末流动，避免粉末堆积紧实；

③提供氢化物足够多的膨胀空间（吸氢后体积膨胀约25%）；

④密封、耐压、抗氢脆；

⑤耐用、寿命长。

目前技术：

①真空烧结多孔储氢复合材料（孔隙率大但损失储氢量）；

②镀铜压块复合储氢材料（有吸氢膨胀空间，改善了导热性，但增加成本）；

③与液体溶剂混合组成浆料复合材料；

④分隔床和直接混装技术（防止粉末流动，确保传热特性，但成本高）。

02、金属氢化物储氢装置的结构

当向2块多孔板组成的小隔室内导入氢气时，氢沿着整个多孔板的板面向吸氢合金内扩散，并被储存起来，产生的热量经多孔板对面的加热冷却器排走。放氢时，通过加热冷却器加热合金层，氢通过多孔板向外流出。（特点：合金层的厚度总保持一定，在吸收和释放氢过程中没有任何传热损失）

图1 内部间隔型吸氢装置

图2 单元层叠型储氢装置

图3 分割型储氢桶示意图

图4 套筒形翅片热交换储氢器

图5 金属氢化物储氢桶略图

图6 翅片式热交换储氢装置

原则上保证材料储氢量大；热交换充分、方便；能充分利用可选用的废热；加料尽可能多；体积尽量小；质量尽量轻，安全性尽可能好。

03、金属氢化物输氢

主要限制：输送装置的质量。

要求：合金输氢时应质量轻、储氢量大，储氢容器也应质量轻。

目前技术：

①镁系合金质量轻、储氢量大，但氢化时需高温高压，使容器质量增大；

②轻量间歇式输氢装置（容器外侧充入惰性气体，使容器内外压差相等，不必采用耐压结构，减轻质量）；

③用LaNi5或TiFe作储氢材料，质量与高压钢瓶相同，容器体积减小到1/4。

04、储氢容器开发现状

目前所开发的储氢装置，储氢量最小的只有0.7m?，大的达2000m?。

作为储氢材料有AB系、AB2系、AB5系等。

容器热交换结构有内部冷热型、内部隔离型、外部冷热型、多管型、镀铜压块型等。

05、汽车用氢化物箱

MH氢汽车优势：

①不会排放出CO等含碳化合物和氮化合物，利于保护环境；

②金属氢化物具有加热释氢的特性，可利用汽车尾气热量加热随车储存的金属氢化物；

③现代内燃机汽车稍加改造就可用氢做燃料，氢发动机的热效率比烧汽油好。

MH氢汽车吸氢合金要求：

①吸热能小

②放氢压力为零点几MPa

③储氢密度高

④性能劣化少

⑤成本低

⑥寿命长

图7 MH氢汽车的燃料供给系统

目前技术：

①TiFe氢化物，属于低温工作型，发动机冷水作为热源，不需要另外的辅助热源。发动机冷却水约90℃，足以供给TiFe氢化物分级所需热能。

②镁系氢化物，属于高温工作型，燃料箱以汽车排气为热源。放氢时高温热源最低约300℃，启动时需辅助热源。发动机排气温度高，适于做氢化物分解热源。

图8 TiFe系氢化物汽车燃料供给系统

图9 镁系氢化物汽车燃料供给系统

洛达氢能以固态储氢为核心，拥有从储氢合金研发到装备设计制造的全流程技术，为用户提供从工商业发电、加氢站、到车载储氢的氢能定制化解决方案。