[发明专利]储氢材料

说明书

技术领域

本技术领域一般涉及储氢材料以及制备和使用它的方法。

背景技术

作为广泛设备的可能的燃料源，氢的使用已经推动了氢气存储和运输技术的大量研究。一种目前的储氢方法涉及使用含有一种或多种能够与气态氢发生反应以可逆地形成金属氢化物化合物的金属(包括合金)的储存罐。与通过在标准储氢条件下将氢气储存在压力容器中正常可能的情况相比，通过金属氢化物形成性金属可逆的存储和释放氢气使得氢气能够以每单位体积更大量储存。该储氢技术的特定目的，进一步来讲，是储存有用量的氢气以使耗氢装置可以运行足够长的时间而无需不断补充其氢燃料储量。为了淘汰否则可能需要的某相当复杂而昂贵的辅助设备，目前也尝试进行在温和的温度和压力条件下为耗氢装置提供氢气的努力。

吸附氢气以形成金属氢化物化合物通常是放热反应，其通常需要除去和消散至少一部分产生的热量从而不会抑制进一步的氢气吸附。相反，从金属氢化物化合物中解吸氢气通常是吸热反应，其可能需要快速和/或持续供热以驱动所述反应并以足够的速率释放氢气。因此，有效地向金属氢化物化合物传热和从金属氢化物化合物传热的能力是有助于其整体体积储氢容量(bulk hydrogenstorage capacity)并进而直接影响氢气必须被重新补给至包含金属氢化物化合物的罐或容器中的频率的因素。

因此，对于氢气的储存而言改善了的储氢材料的研发是目前所需的。

发明内容

本发明的一个示例性实施方案包括具有碳微结构的产品，该碳微结构具有开孔骨架，所述开孔骨架至少部分由形成重复且集成的单胞(unit cell)的多个碳片段来限定以使该碳微结构具有约70％至约95％的范围的开孔体积。金属氢化物可被嵌入到该碳微结构的开孔体积里。这种碳微结构可比该金属氢化物材料更导热。

本发明的另一个示例性实施方案包括具有碳微结构的产品，该碳微结构具有开孔骨架，所述开孔骨架至少部分由在间隔开且对准的节点处互相贯穿以形成具有重复且集成的单胞的三维微桁架(microtruss)的多个碳片段来限定。该碳微结构可能包括占碳微结构总重量的至少90重量％的玻璃碳。该三维微桁架的单胞可包括四个碳片段，所述四个碳片段所述节点之一处互相贯穿以形成相对的四棱锥半体(quadrilateral pyramidal half)。所述多个碳片段可具有厚度，所述节点可在微桁架的平面内彼此分开一定距离以提供开孔体积约70％至约95％的该碳微结构。所述多个碳片段中的至少一个还可包括内部裂纹。此外，金属氢化物可嵌入到该碳微结构的开孔体积里。

本发明的另一个示例性实施方案包括方法，它包括如下步骤：提供包含开孔骨架的碳微结构，该开孔骨架至少部分由构成重复且集成的单胞的多个碳片段来限定，以使该碳微结构具有约70％至约95％的开孔体积；和嵌入金属氢化物材料到该碳微结构的开孔体积里。

本发明在下列实施方案中得以进一步体现：

1.产品，包括：

包含开孔骨架的碳微结构，该开孔骨架至少部分由形成重复的、集成的单胞的多个碳片段来限定，以使该碳微结构具有约70％至约95％的开孔体积；和

嵌入到该碳微结构的所述开孔体积中的金属氢化物材料；

其中该碳微结构比该金属氢化物材料更导热。

2.如实施方案1所述的产品，其中该碳微结构由占该碳微结构总重量的至少90重量％的玻璃碳形成。

3.如实施方案1所述的产品，其中该碳微结构具有约0.07g/cm³至约0.60g/cm³的体积密度。

4.如实施方案1所述的产品，其中该开孔骨架包括三维微桁架，在所述三维微桁架中所述多个碳片段在间隔开且对准的节点处互相贯穿以使所述微桁架的单胞包括四个碳片段，所述四个碳片段在所述节点之一处互相贯穿以形成相对的四棱锥半体。

5.如实施方案4所述的产品，其中所述碳片段的横截面呈圆形，并具有约1μm至约500μm的直径。

6.如实施方案4所述的产品，其中所述节点在所述微桁架的平面中彼此间隔开约10μm至约5mm的距离。

7.如实施方案1所述的产品，其中至少一个碳片段包含内部裂纹。

8.如实施方案1所述的产品，其中该碳微结构进一步包括相对高导热材料的至少一个表面沉积物，并且其中所述表面沉积物以占该碳微结构总重量的约0.1到约10重量％存在。

9.如实施方案8所述的产品，其中该相对高导热材料包括铝、铜、镍或其组合中的至少一种。