[实用新型]一种固态储氢罐

说明书

本发明属于储氢技术领域，尤其涉及一种固态储氢罐，包括罐体、储氢床体元件、导气管、过滤片和阀门。多个储氢床体元件在罐体内部叠放，每个储氢床体元件包括储氢材料层，导热层和柔性包裹层；储氢床体元件上设置有纵向的通孔，导气管放置于通孔内。导热层、柔性包裹层均为金属材质，起到增强储氢床体传热和稳定床体的作用。本发明的固态储氢罐结构简单、制作加工容易；所采用的储氢床体元件结构可提高储氢床体的传热性能，加快充/放氢速度，同时可阻止储氢材料粉末迁移，保证储氢材料粉末在床体内的均匀分布，避免储氢材料吸氢膨胀在罐体上产生的应力集中，提高固态储氢罐的使用寿命和安全性。

技术领域

本实用新型涉及储氢技术领域，尤其涉及一种固态储氢罐。

背景技术

氢能作为清洁高效的二次能源得到了人们的高度重视和广泛研究，氢能储运是氢能产业链中的限制性环节，提高氢能储运效率，降低氢能储运成本，是氢能储运技术的发展重点。目前，已实用化的储氢方式主要有三种：高压气态储氢、低温液氢储罐以及基于储氢材料的固态储氢。固态储氢技术是利用氢气与储氢材料的反应来实现氢气的储存，与其他储氢方式相比，固态储氢技术具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是储氢技术发展的一个重要方向。

目前固态储氢技术还存在以下技术难题：

1.储氢床体的快速传热要求。储氢材料粉末以适当形式填充于储氢罐中，构成了储氢床体。虽然储氢材料自身具有很快的吸/放氢速度，一般可在3-5分钟内完成吸放氢，但是储氢材料在吸/放氢过程中伴随着热效应的产生，反应热在储氢床体的积聚，将对储氢床体的吸放氢动力学性能产生重要影响。

当固态储氢罐充氢时，床体内的储氢材料吸氢放热，如LaNi₅储氢材料将放出30.8kJ/molH₂的反应热，若这些热量不能及时散出，储氢床体内部温度上升，储氢材料的吸氢平衡压将随之升高，致使吸氢速率下降直至停止吸氢；相反，当固态储氢罐放氢时，储氢材料的放氢反应需要吸收热量，如LaNi₅储氢材料将吸收30.8kJ/molH₂的反应热，若不能及时供给所需热量，储氢床体内部温度下降，储氢材料的放氢平衡压将随之降低，放氢速率减慢直至停止放氢。此外，储氢材料以粉末状存在于储氢床体内，其导热性能较之于块体材料有很大下降，且粉末越细，导热性能越差。储氢材料在吸/放氢过程中会产生晶格膨胀/收缩，受此循环应力作用，储氢材料粉末将进一步粉化，粉末粒度进一步降低，导致储氢床体的传热性能进一步下降(其有效热导率约为1W/m/K左右)，从而进一步降低储氢床体的吸放氢速度。因此，储氢床体的传热特性将是影响储氢罐性能的主要因素，如何设计储氢床体，调控其传热特性，满足储氢床体的快速传热要求，是固态储氢罐需要解决的主要技术问题。

2.减小储氢材料吸氢膨胀对固态储氢罐罐体产生的应力集中。储氢材料吸氢后，晶格将发生膨胀，如LaNi₅储氢材料将产生约25％的体积膨胀。储氢床体吸氢膨胀后将对固态储氢罐的罐体产生除气体压力之外的应力作用，如果应力过大，则可能产生不可逆转的塑性变形甚至破裂，导致固态储氢罐的损坏。此外，如储氢床体中储氢材料初始填充时分布不均匀，或是储氢材料粉末在吸放氢过程中在气流冲击及重力的作用下，储氢材料粉末发生迁移，在储氢床体内重新分布，导致储氢材料粉末在储氢床体内局部区域集聚，储氢材料在床体内的分布均匀性变差，这两种情况都将导致罐体局部区域的应力集中，使得罐体在这些区域中更易发生塑性变形，直至破裂失效。因此，如何保证床体内的储氢材料粉末在初始填充时和在吸放氢过程中保持均匀分布，避免在罐体局部区域产生应力集中，进而发生不均匀形变和过量塑性变形，是保证固态储氢罐安全使用，延长其使用寿命的关键。