[发明专利]氢存储罐和燃料电池系统以及带有该系统的机动车

说明书

本发明涉及一种在使用布置在多孔性基质材料(11)中的金属氢化物(12)的情形下的氢压力罐(10)。其设置成，即，金属氢化物(12)被固定在基质材料(11)的结构中。

技术领域

本发明涉及一种用于供应燃料电池以及燃料电池系统的氢存储罐和一种带有这样的燃料电池系统的机动车。

背景技术

燃料电池是已知的。其在寻找越来越环保的车辆驱动器时被同样使用在机动车中。此外，在常规传动链中的使用同样被研究。在此，目前三种用于氢的存储技术可供使用：压力氢罐，在其中存储在350bar或700bar的情形中呈气态被压缩的氢、用于在-253℃的情形中液态存在的氢的低温贮罐(Kryotank)和所谓的金属氢化物存储器。在后者中可在鉴于压力和温度的较宽工作范围上存储氢且由该储氢器被再次释放。在这些存储器处然而如下是不利的，即，其一方面具有较高的重量，且另一方面引起氢的吸收和解吸的化学过程相对较缓慢地运转且这大致在车辆非典型的环境条件的情形下被实现。

金属氢化物呈盐状地构建或类似于氢在金属或合金中的溶液。在此，氢分子首先被吸收在金属表面上且然后作为元素氢被装入到金属网格中。由此形成相当脆的金属氢化物，其然而是空气和水不敏感的。不同的金属可不同好地容纳氢，从而使得每个立方厘米金属的容纳能力由20至60立方厘米气态氢波动。在金属氢化物中，在相同体积的情形中相比氢在液态形式中所占据的可存储更多的氢。在技术上使用金属氢化物主要在用于氢的金属氢化物存储器中。然而这还在更长地经受氢的金属中的被找到，因为其在该处无意地构成。

容纳氢的该机构长时间以来是未知的，因为在目前已知的金属氢化物的情形中氢的容纳使得晶体结构改变且因此使得建模和理论计算不可能。LaMg₂Ni合金然而具有严格排列的晶体结构，其同样在氢容纳之后被保持。由此可确定，氢原子经由常规的间隙侵入到金属网格中且相应地侵占在合金中可自由移动的电子中的其中一个。以该方式，氢原子可在化学上与镍原子连接：其形成绝缘的NiH₄分子。所容纳的氢的浓度严格地取决于合金的自由电子的数量。

部分被填充以用于氢的化学存储材料的氢存储器由EP 0 891 294 B1、WO 2006/046248 A1和EP 1384 940 A2已知。另一金属氢化物-氢存储器在WO 2001/85604 A1中进行描述。US 2006/0118201 A1建议了一种移动的氢供应单元，其不仅包含用于气态氢的压力容器而且包含金属氢化物-氢存储器。

此外，在US 2012/0 312 701 A1中描述了一种氢压力罐，其具有铝质泡沫(Aluminiumschaum)。该铝质泡沫具有提高导热能力的功能。然而，铝质泡沫非常昂贵且不可弯曲。

通常，被用作氢存储器的金属氢化物在压力下被挤压且例如以片剂形式布置在氢存储器中。

在压力下氢存储和作为金属氢化物的组合是已知的，其中，金属氢化物(MH)大多数松散地或经挤压地被储入在石墨复合物中。对于该措施而言得出两个恰在汽车应用的情形中的严重缺点。一方面，MH的松散的碎片床存储(Schüttbettlagerung)可能导致颗粒形式由罐系统到燃料电池系统中的输出。另一方面，在紧凑的石墨-金属氢化物复合物的情形中随着时间通过震动且通过循环的体积变化(由于存储器的加载和卸载)产生基质金属氢化物复合物的瓦解(Auflösung)。因此，一方面活性的金属氢化物表面可能缩小，当金属氢化物颗粒完全被基质包围时在金属氢化物内的热传递恶化，且另一方面此处然后不仅较小的基质而且金属氢化物颗粒又可随着在负载、例如燃料电池的方向上的排出流被传输。

发明内容

本发明此时基于如下目的，即，排除或至少减少现有技术的缺点。尤其地应提供一种用于燃料电池系统的氢的存储可行性方案，其在同时提高每个体积单位的存储量的情形中使得更稳定且更可靠的操作成为可能。

该目的通过一种根据本发明的氢压力罐以及燃料电池系统来实现。