包含可氢化材料和聚合基质的氢储器制造技术

本发明专利技术涉及包含可氢化材料的氢储器、制造该氢储器的方法和用于制造该氢储器的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含可氢化材料和聚合基质的氢储器本专利技术涉及包含可氢化材料和聚合基质的氢储器、制造该氢储器的方法和用于制造该氢储器的装置。21世纪的较大挑战之一是提供替代能源。众所周知，化石能量载体的资源，如石油或天然气有限。氢气是在此令人感兴趣的替代品。氢气（H2）本身虽然不是能源，而是首先必须利用其它能源制备。但是，与借助例如太阳能直接生成的电流相比，氢气可以储存和运输。此外，氢气可以以不同方式，例如在燃料电池中或通过直接燃烧再次转化成能量。形成的唯一废物是水。但是，使用氢气时的一个缺点在于其易燃，并且与空气的混合产生极易爆炸的混合物，所谓的氢氧气。为了运输或储存，安全储存因此也是一大挑战。氢气不能容易地储存在氢储器中，然后回收，因为氢气具有所有气体中的最小分子。US2006/0030483A1描述了据说是氢储器的中空微球。US2012/0077020A1和US2013/0136684A1公开了使用碳作为氢储器中的基质材料。在DE60030221T2中阐述了在电池电极中的氢气储存。本专利技术的目的是提供与现有技术相比具有改进的性质，尤其具有延长的使用寿命的氢储器。提出具有权利要求1的特征的氢储器、具有权利要求12的特征的制造氢储器的方法和具有权利要求14的特征的用于制造氢储器的装置。有利的特征、实施方案和扩展方案从下列说明书、附图以及权利要求书中显而易见，其中来自一个实施方案的各个特征不限于其。相反，来自一个实施方案的一个或多个特征可以与另一实施方案的一个或多个特征组合以提供进一步的实施方案。特别地，各个独立权利要求也可以各自互相组合。独立权利要求的措辞不应被视为对要求保护的主题的限制。因此可以更换和省略，也可另外补充权利要求措辞的一个或多个特征。也可以以一般化形式使用借助具体实施例引述的特征，或同样可以在其它实施例，尤其是用途中使用它们。本专利技术涉及氢储器，其包含可氢化材料和在其中嵌入可氢化材料的基质，其中所述基质包含至少一种聚合物。基质和可氢化材料一起形成复合材料。术语“氢储器”描述可储存氢气的储存容器。在此可以使用传统储氢和贮氢方法进行，例如压缩气体储存，如通过用压缩机压缩而储存在压力容器中，或液化气体储存，如通过冷却和压缩以液化形式储存。另外替代性的储氢形式基于固体或液体，例如金属氢化物储器，如作为氢和金属或合金之间的化合物储存，或吸附储氢，如氢气吸附储存在高度多孔材料中。此外，为了储存和输送氢气，还可能有暂时将氢键合到有机物质上以产生可不经加压而储存的液体化合物（所谓的“化学键合氢”）的氢储器。氢储器可包含例如与氢气反应形成氢化物（金属氢化物）的金属或金属合金。这一储氢过程也被称作氢化并伴随着放热进行。其因此是放热反应。在氢化中储存的氢气可在脱氢中再释放。在此必须供热，因为脱氢是吸热反应。相应的氢储器因此可具有两种极端状态：1)储氢材料载满氢气。该材料完全为其氢化物形式；和2)储氢材料没有储存氢气，因此该材料为金属或金属合金的形式。术语“复合材料”描述由两种或更多种复合的材料构成的复合体。在这种情况下，将第一材料，在本情况中为可氢化材料，嵌入第二材料，即基质中。该基质可具有开孔或闭孔。该基质优选是多孔的。通过一种材料嵌入另一材料，可补充例如否则仅各独立组分具有的材料性质。就复合材料的性质而言，组分的物质性质和几何是重要的。特别地，尺寸效应通常起到一定作用。例如通过材料配合（Stoffschluss）或形状配合（Formschluss）的方式或两者的组合实现结合。由此例如能将可氢化材料牢固定位在基质中。除所述至少一种聚合物外，该基质还可包含一种或多种附加组分，例如用于导热和/或传导气体的材料。该基质根据本专利技术可包含一种或多种聚合物并因此被称作聚合基质。该基质因此可包含一种聚合物或两种或更多种聚合物的混合物。该基质优选包含仅一种聚合物。特别地，该基质本身可以是储氢的。例如，可以使用乙烯（聚乙烯，PE）。优选使用钛-乙烯化合物。在一个优选实施方案中，其可储存最多14重量%的氢气。术语“聚合物”描述由直链或支化分子构成的化合物，所谓的大分子，其又由相同或同类的单元，所谓的结构重复单元构成。合成聚合物通常是塑料。通过使用至少一种聚合物，该基质可赋予该材料良好的光学、机械、热和/或化学性质。例如，通过该聚合物，该氢储器可具有在没有该聚合物时否则不可能实现的良好的温度稳定性、对周围介质的耐受性（抗氧化性、耐腐蚀性）、良好的传导性、良好的氢气吸收和储存能力或其它性质，例如机械强度。也可以使用例如不能储氢但能够高膨胀的聚合物，例如聚酰胺或聚乙酸乙烯酯。根据本专利技术，该聚合物可以是均聚物或共聚物。共聚物是由两种或更多种不同类型的单体单元构成的聚合物。由三种不同单体构成的共聚物被称作三元共聚物。根据本专利技术，该聚合物例如也可包括三元共聚物。该聚合物（均聚物）优选具有除碳和氢外优选另外包含至少一个选自硫、氧、氮和磷的杂原子的单体单元，以使所得聚合物，不同于例如聚乙烯，不是完全非极性的。也可以存在至少一个选自氯、溴、氟、碘和砹的卤素原子。该聚合物优选是共聚物和/或三元共聚物，其中至少一种单体单元除碳和氢外另外包含至少一个选自硫、氧、氮和磷的杂原子和/或存在至少一个选自氯、溴、氟、碘和砹的卤素原子。也可能两种或更多种单体单元具有相应的杂原子和/或卤素原子。该聚合物优选对储氢材料具有粘附性质。这意味着其很好粘附到储氢材料本身上并因此形成甚至在如储氢过程中出现的应力下也稳定粘附到储氢材料上的基质。该聚合物的粘附性质能使该材料稳定引入氢储器中并使该材料经尽可能长的时期，即经多个氢气储存和氢气释放周期定位在氢储器中的特定位置。一个周期描述单次氢化和随后脱氢的操作。该储氢材料应优选稳定至少500个周期，尤其至少1000个周期，以能够经济地使用该材料。“稳定”在本专利技术中是指可储存的氢气量和储氢速度甚至在500或1000个周期后也基本相当于开始使用该氢储器时的值。特别地，“稳定”是指将可氢化材料至少大致保持在氢储器内的其最初引入该氢储器中的位置。“稳定”应尤其被理解为在周期过程中不发生较细颗粒与较粗颗粒分离并从中除去的分离效应。本专利技术的储氢材料尤其是低温储氢材料。在储氢过程中（这是放热过程），因此出现最多150℃的温度。用于相应储氢材料的基质的聚合物必须在这些温度下稳定。优选的聚合物因此直到180℃的温度，尤其直到165℃的温度，尤其直到145℃也不分解。更特别地，该聚合物是具有100℃或更高，尤其是105℃或更高，但小于150℃，尤其小于140℃，特别是135℃或更小的熔点的聚合物。优选地，根据ISO1183在20℃下测定的该聚合物的密度为0.7克/立方厘米或更大，尤其是0.8克/立方厘米或更大，优选0.9克/立方厘米或更大，但最大1.3克/立方厘米，优选不大于1.25克/立方厘米，尤其是1.20克/立方厘米或更小。根据ISO572的拉伸强度优选为10MPa至100MPa，尤其是15MPa至90MPa，更优选15MPa至80MPa。根据ISO527的拉伸弹性模量优选为50MPa至5000MPa，尤其是55MPa至4500MPa，更优选60MPa至4000MPa。已经发现，令人惊讶地，具有这些机械性质的聚合物特别稳定并具有良好可加工性。特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
氢储器，其包含可氢化材料和含至少一种聚合物的基质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.05 DE 102014006377.11.氢储器，其包含可氢化材料和含至少一种聚合物的基质。2.如权利要求1中所述的氢储器，其中所述可氢化材料优选具有占所述复合材料的大于50体积%至98体积%的含量且所述基质优选具有至少2体积%至50体积%的含量。3.如权利要求1或2中所述的氢储器，其特征在于所述聚合物具有0.7克/立方厘米至1.3克/立方厘米，尤其是0.8克/立方厘米至1.25克/立方厘米的密度。4.如权利要求1至3任一项中所述的氢储器，其特征在于所述聚合物具有10MPa至100MPa，尤其是15MPa至90MPa的拉伸强度。5.如权利要求1至4任一项中所述的氢储器，其特征在于所述聚合物选自EVA、PMMA、EEAMA和这些聚合物的混合物。6.如权利要求1至5任一项中所述的氢储器，其特征在于所述基质进一步包含不同的碳多晶型物，其中所述基质进一步包含膨胀天然石墨和/或非膨胀石墨。7.如权利要求1至6任一项中所述的氢储器，其特征在于所述基质包含用于形成散热化合物的导热金属材料。8.如前述权利要求任一项中所述的氢储器，其特征在于各组分的含量沿包含基质和可氢化材料的复合材料变化。9.如前述权利要求任一项中所述的氢储器，其特征在于所述复合材料已压实。10.如前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A卡泽拉斯，E厄恩斯特，T舒普，
申请(专利权)人：吉凯恩粉末冶金工程有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE