[发明专利]一种合金储氢材料动力学测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种合金储氢材料动力学测试装置及方法，由管路系统、样品反应罐、控温系统、数据采集与监控系统组成，管路系统由电磁阀实现充氢和放氢自动切换，充氢过程利用质量流量计，测试一定压力、温度下的充氢瞬时流量，放氢过程利用质量流量控制器，精准控制放氢输出流量；控温系统中的热交换场所为水浴或者油浴，温控范围广；通过PLC和上位机进行数据采集与监控，可实现全自动操作。本发明克服了合金储氢材料PCT曲线测试的不足，可对其进行活化性能、充放氢曲线、循环寿命测试，测试结果对评估储氢合金与燃料电池的匹配性能，具有重要意义。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种合金储氢材料动力学测试装置，以及其测试方法。

背景技术

燃料电池被认为是继火电、水电、核电之后的第四代发电技术，是一种新能源发电技术。燃料电池可应用于电动汽车、水下电源、航空电源、备用电源、固定电站、便携式电源等诸多领域，《时代周刊》将其列在21世纪改变人类生活的十大科技之首。

合金储氢技术是一种燃料电池用氢源技术，在一定温度和压力下，合金能够吸收大量氢气，反应生成金属氢化物。氢化物加热或者降低氢气压力，氢化物发生分解反应，从而为燃料电池提供氢气。合金储氢技术具有储氢密度高、出口氢气纯、安全性能好等特点，是作为航天、水下等领域燃料电池用氢源的不二选择。

目前，对燃料电池用储氢合金储氢性能的评估主要采用PCT曲线测试，测试参数为合金材料的一些热力学基本参数，例如反应焓变、反应熵变、平台压力、平台斜率、滞后因子等。然而作为燃料电池用氢源技术时，往往更关心的储氢装置与燃料电池的匹配性能，对合金材料的动力学评估尤为重要。储氢合金的活化性能、充放氢曲线、循环寿命等是影响实现工程应用的重要指标，而这些参数不能通过合金材料的PCT曲线测得。

发明内容

本发明的目的之一在于弥补现有技术的不足，设计一种储氢合金材料的动力学测试装置，实现对燃料电池用储氢合金的活化性能、充放氢曲线、循环寿命进行评估。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种合金储氢材料动力学测试装置，包括管路系统、样品反应罐、控温系统和数据采集与监控系统四个组成部分；所述的管路系统包括顺序连接的电磁阀Ⅰ、质量流量计和过滤器，所述电磁阀Ⅰ入口一路通过手动阀Ⅰ连接氢气进口，构成充氢支路，一路通过手动阀Ⅱ连接氦气进口，单向阀Ⅰ同时引出两条支路，一条依次连接手动阀Ⅴ、电磁阀Ⅱ、质量流量控制器之后连接氢气排放口，构成放氢支路，用于排空氢气，由电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ实现充氢和放氢的自动切换：充氢支路中利用质量流量计测试一定压力、温度下充氢瞬时流量；放氢支路利用质量流量控制器精准控制放氢输出流量；所述的样品反应罐由罐体、安装在罐体顶部开口处的法兰以及设置在法兰上的导气管和罐口阀组成，所述的过滤器与罐体出口连接，罐体出口处还设置有安全阀；所述的控温系统由恒温浴和温度传输控制器组成；所述的数据采集与监控系统由PLC和上位机组成，所述的PLC分别与电磁阀Ⅰ、质量流量计、电磁阀Ⅱ、质量流量控制器和罐体出口处的真空压力传感器连接。

所述的一种合金储氢材料动力学测试装置，其放氢支路中并联一台防爆真空泵，以实现活化过程中对样品反应罐的抽真空处理，防爆真空泵入口方通过手动阀Ⅵ连接过滤器。

所述的一种合金储氢材料动力学测试装置，其管路系统中的充氢支路上的电磁阀Ⅰ 前端配置减压阀Ⅰ，质量流量计后端配置单向阀Ⅰ，所述的电磁阀Ⅰ、质量流量计和单向阀Ⅰ的管路上并联有手动阀Ⅲ，以防止压力过大和氢气回流对其产生损伤。

所述的一种合金储氢材料动力学测试装置，其电磁阀Ⅱ前端配置了减压阀Ⅱ，质量流量控制器后端配置了单向阀Ⅱ，所述的电磁阀Ⅱ、质量流量控制器和单向阀Ⅱ的管路上并联有手动阀Ⅵ。

所述的一种合金储氢材料动力学测试装置，其罐体材质为耐高温不锈钢，罐体开口处并联有安全阀，当压力超过设定值后对系统进行泄压保护。