一种新型储氢容器

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1、一种新型储氢容器一、前言随着社会的发展，环境保护问题已经越来越为人们所重视。酸雨、温室效应、城市热岛效应等等或初露倪端，或已对人类造成巨大的危害，这些环保问题的产生在很大程度上与人类大量使用化石能源有关。同时，由于能源消耗量的迅猛增加，化石能源将不能满足经济高速发展的需求，需要开发新的能源。在我国开发清洁的新能源体系更具有重要意义。氢可以地球上近于无限的水为原料来制备，其燃烧产物也是水，具有零污染的优点，有望在石油时代末期成为一种主要的二次能源。氢能技术的发展，已在航天技术中得到了成功的应用。氢是一种危险，易燃易爆的气体，在使用中必须保证安全，因此，一种安全、高能量密度（

2、包括体积能量密度和重量能量密度）、低成本、使用寿命长的氢储、输技术的应用需求已越来越迫切。二、目前主要的储氢方式近年来研究较多的储氢方式有：（1）金属氢化物储氢；（2）液化储氢；（3）吸附储氢；（4）压缩储氢。2．1金属氢化物储氢氢和氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给氢化物时，它就分解为氢化金属并释放出氢气。用来储氢的金属大多是由多种元素构成的合金，目前世界上研究成功的合金大致分为：（1）稀土镧镍，每公斤镧镍合金可储氢153L；（2）铁钛合金，储氢量大，价格低月在常温常压下释放氢；（3）镁系合金，是吸氢量最大的元素，但需要在287℃条件下才能释放氢，而且吸收氢

3、十分缓慢；（4）钒、铌、铅等多元素系，这些金属本身是稀贵金属，因此只适用于某些特殊场合。与其它储氢方式相比，金属氢化物储氢具有压力平稳，充氢简单、方便、安全等优点，单位体积贮氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍。该储氢方式存在的问题为在大规模应用中如何提高储氢材料的储氢量和降低材料成本，节约贵重金属。国际能源机构确定的未来新型储素材料的标准为储氢量应大于5Pa时，氢在多种活性炭上的吸附等温线：压力为4．2MPa时，氢气在活性炭上的吸附容量分别可以达到6．8，而分子氢气的动力学直径为0．289um，所以碳纳米管能用来吸附氢气。另外，由于这些层板之间的氢的结合是

4、不牢固的，压力降低时能够通过膨胀来释放氢气。1998年，清华大学开始了储氢材料领域的研究，试验发现：在常温下，碳纳米管吸氢速度很快，可在3－4个小时内完成，放氢可以在0．5－1小时内就可完成，储氢能力达到了9．9Pa，但”氢动3号”氢燃料电池动力轿车上所安装的储氢罐储氢压力高达70MPa。三、压缩路方式的优、缺点与金属化合物储氢、液化储氢和吸附储氢方式相比，压缩储氢是一种应用广泛、简便易行的储氢方式，而且压缩储氢方式成本低，充放气速度快，充放气在常温下就可进行。丰田FCHV-4型燃料电池车采用4个高压储罐，每个高压储罐的容积为34L，压力为25MPa，重量100Kg左右，

5、与采用吸附氢气的方式相比，总重量减轻2/3，氢气燃料的充气时间只需7－8分钟。压缩储氢方式的缺点为能量密度低，当提高容器内氢气压力时，需要消耗较多的压缩功，而且存一种新型储氢容器来自:　在氢气易泄漏和容器爆破等不安全因素。为汽车提供动力是氢能的一个重要应用领域。假定（1）轿车的油耗为5升/100公里，续驶里程为400公里，则需消耗汽油15Kg；（2）质子交换膜燃料电池的氢气利用率为100％，行驶400公里需要3．54Kg氢气。采用金属化合物储氢方式，合金的储氢能力为2Pa。各种储氢方式数据对比如表1所示：美国能源部制订的储氢材料标准是65Kg/m3（包括储氢淑）和6．53

6、。指标也未达到要求。四、改进型储氢容器通过上述数据可知，虽然压缩储氢方式应用广泛，但在有限容积内储氢量小。若要提高容器的储氢能量密度，则需提高氢气的压力，现有容器已不能满足要求。以表1中数据为例，如要满足美国能源部对储氢材料体积能量密度大于65Kg/m3的要求，压缩储氢系统的体积不能大于56L，压缩氢气的体积不能大于50L，则氢气的压力高达79MPa。因此需要开发一种新型容器来作为压缩储氢系统的储存容器。常规的复合容器为在一个金属内胆或塑料内胆上缠绕纤维制成，内胆主要起密封作用，纤维缠绕层承受绝大部分载荷。因为塑料内胆存在渗漏问题，当用作氢气的储存容器时都采用金属内胆的复

7、合容器。金属内胆用作储氢容器时存在以下问题：（1）内胆腐蚀和氢脆，特别是当存储的氢气含有腐蚀性介质时，问题更为突出，对氢气纯度要求高；（2）疲劳，储气系统需要重复克装氢气，对容器的疲劳寿命要求高，但金属内胆的疲劳性能不好；（3）在高压情况下，金属内胆的复合容器也存在氢气渗透问题。将压缩储氢方式和吸附储氢方式相结合，充分利用各自的优点，制造全复合材料容器，则可较好的解决上述问题。夹层板具有重量轻、刚性好、强度高的优点，利用夹层板来作为复合容器的内胆，可以提高容器的强度，减少纤维缠绕量，降低系统重量，提高重量能量密度。同时因为复合