本实用新型专利技术公开了一种高压储氢装置及系统，包含有多个用于储氢的毛细管，在每毛细管中原位合成金属有机骨架吸附材料或共价有机化合物吸附材料；再将多个毛细管呈阵列集成后形成一个储氢管束；从储氢管束的一端接入外部压缩氢气，将氢气存储于储氢管束中的各毛细管中。本实用新型专利技术采用采用集成的高拉伸强度、内部原位填充金属有机骨架吸附材料或共价有机化合物吸附材料的低密度毛细管束进行氢气储存，组装灵活，储氢压力高，储氢能力强，实现在相对较轻的容器中储存高压氢气。相对较轻的容器中储存高压氢气。相对较轻的容器中储存高压氢气。
【技术实现步骤摘要】
一种高压储氢装置及系统
[0001]本技术涉及储氢
，具体涉及一种高压储氢装置及系统。
技术介绍
[0002]氢能作为一种绿色、清洁的新型能源，具有高燃烧热值、无污染的特 点，是传统化石能源极具吸引力的替代品。燃料电池驱动的汽车通过氢气 与空气结合，将化学能转化为电能来为汽车提供动力，而该反应的唯一产 物是水，不存在污染物的排放，并且可以循环使用再生成氢气。氢能源的 推广非常有望为缓解空气质量问题提供有效解决方案。
[0003]一直以来，氢气的存储和运输都是氢能应用发展的关键挑战。两个主 要问题促使对现在的储氢系统进行革新。首先，氢作为原子半径最小的元 素，在许多材料中具有非常高的渗透率。氢渗透会引起储氢材料内部结构 发生改变，造成氢脆。氢脆会导致材料的延展性大大降低，进而极易发生 开裂和失效。因此，高拉伸强度、不与氢反应以及低的氢扩散性是储氢材 料所需的特性。再者，储气系统应可承受因压缩氢气带来的高压，且为了 便于运输，这一系统必须是便携可移动的。目前常见的满足这些要求的氢 气贮存系统都是由金属材料、合金和/或复合材料制成的，这些材料普遍较 重，从而造成储气系统的体积密度和质量密度难以满足需求。
[0004]高压钢瓶是目前使用最广泛的储氢技术，它提供的重量和体积储氢密 度分别为1wt％和16g/L。钢瓶的替代品包括液态氢储罐、复合材料氢储 罐、吸附储氢、金属氢化物储氢方式等。
[0005]液态氢储罐通常只被用于大规模长距离的氢气运输，这是因为氢气液 化装置的资本成本和能耗要求过高。虽然这是一项较为成熟的技术，但它 很难有效的缩小规模。对于小型储罐，较高的表面/体积比造成的蒸发是一 个主要问题。
[0006]为了减轻结构重量，纤维增强复合材料已知可被用于制造储氢罐。这 类储氢罐的内衬通常由铝或聚合物制成，再经由玻璃或碳纤维包覆。这类 储气罐可以提供的重量和体积储氢密度可以被提升到5wt％和26g/L。但 由于碳纤维的生产成本较高，碳纤维制成的复合材料气瓶要比钢瓶价格高 很多。
[0007]吸附储氢是通过物理吸附的方法将氢分子弱结合到吸附剂表面，然而 只有在接近77K的低温下才能获得可观的储氢容量，商业化应用比较困难。
[0008]金属氢化物是通过氢气分子解离生成氢原子，占据金属、金属间化合 物或合金的晶体结构中的间隙位点，形成金属氢化物。这种金属氢化物的 形成往往伴随着吸收热的释放(通常为30
‑
70kJ/mol)、晶体结构的膨胀 (高达30％)以及循环时的爆裂/沉降效应。因此在这一系统中，热控制和 对机械形变的控制十分重要。除此之外，过于昂贵的成本也是固体储氢商 业化应用的一大障碍。
技术实现思路
[0009]针对现有技术的不足，本技术提供了一种高压储氢方法、装置及 系统，通过
集成的高拉伸强度、内部原位填充MOF或COF材料的低密度毛 细管束，其一端接入外部压缩氢气，将氢气存储于毛细管中，结构简单， 使用高效，可重复充装氢气，成本低，实现在相对较轻的容器中储存高压 氢气。
[0010]本技术采用如下技术方案：
[0011]一种高压储氢方法，包含有多个用于储氢的毛细管，在每毛细管中原 位合成金属有机骨架吸附材料或共价有机化合物吸附材料；再将多个毛细 管呈阵列集成后形成一个储氢管束；从储氢管束的一端接入外部压缩氢气， 将氢气存储于储氢管束中的各毛细管中。
[0012]所述的在所述毛细管内部原位合成金属有机骨架吸附材料的方法如 下：
[0013]S1
‑
1、将硝酸锌Zn(NO3)
2 6H20和4,4
’
,4
”‑
苯
‑
1,3,5
‑
三酰三苯甲酸溶解在 N,N
‑
二乙基甲酰胺中，形成第一溶液；
[0014]S1
‑
2、通过抽真空，使第一溶液进入所述毛细管内，在80～85℃反应两 天，生成微小晶体，冷却后，倒出黄色溶液；
[0015]S1
‑
3、用N,N
‑
二甲基甲酰胺洗涤晶体2～4次，然后在氯仿中浸泡48～96 小时；
[0016]S1
‑
4、将浸泡后的晶体放入真空烘箱中，在110～120℃下干燥6～8小时， 即得分布于毛细管中的金属有机骨架吸附材料。
[0017]所述的在毛细管内部原位合成共价有机化合物吸附材料的方法如下：
[0018]S2
‑
1、将均三甲苯和二氧己环混合溶液与四(4
‑
硼酸苯基)甲烷均匀 混合，形成第二溶液；
[0019]S2
‑
2、通过抽真空，使第二溶液进入所述毛细管内，在80～85℃反应 80～110小时，得到白色沉淀Ⅰ，倒出剩余溶液；
[0020]S2
‑
3、将得到的白色沉淀Ⅰ用无水四氢呋喃洗涤，之后室温下真空干 燥脱去溶剂，即得分布于毛细管中的共价有机化合物吸附材料。
[0021]或者，所述的在毛细管内部原位合成共价有机化合物吸附材料的方法 如下：
[0022]S3
‑
1、将均三甲苯和二氧己环混合溶液与四(4
‑
硼酸苯基)硅烷均匀 混合，形成第二溶液；
[0023]S3
‑
2、通过抽真空，使第二溶液进入所述毛细管内，在80～85℃反应 80～110小时，得到白色沉淀Ⅱ，倒出剩余溶液；
[0024]S3
‑
3、将得到的白色沉淀Ⅱ用无水四氢呋喃洗涤，之后室温下真空干 燥脱去溶剂，即得分布于毛细管中的共价有机化合物吸附材料。
[0025]所述S1
‑
1中硝酸锌Zn(NO3)
2 6H20、4,4
’
,4
”‑
苯
‑
1,3,5
‑
三酰三苯甲酸和 N,N
‑
二乙基甲酰胺的质量/体积配比为(17～20mg):(3.5～4.5mg):1mL；
[0026]所述S2
‑
1中三甲苯、二氧己环和四(4
‑
硼酸苯基)甲烷的体积/质量 配比为1mL:1mL:(40～60mg)；
[0027]所述S3
‑
1中三甲苯、二氧己环和四(4
‑
硼酸苯基)硅烷的体积/质量 配比为3mL:1mL:(50～60mg)。
[0028]一种高压储氢装置，包括多个储存氢气的毛细管，毛细管呈阵列集成 后形成储氢管束，储氢管束的两端开口，并在每个毛细管的内部原位合成 金属有机骨架吸附材料或共价有机化合物吸附材料，储氢管束1的一端设 有用于外部压缩氢气存入的进气转接器，另
一端设有用于内部压缩氢气流 出的出气转接器，每个毛细管的两端分别与进气转接器和出气转接器相导 通。
[0029]优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高压储氢装置，其特征在于，包括多个储存氢气的毛细管（11），所述毛细管（11）呈阵列集成后形成储氢管束（1），所述储氢管束（1）的两端开口，并在每个所述毛细管（11）的内部原位合成金属有机骨架吸附材料或共价有机化合物吸附材料，所述储氢管束（1）的一端设有用于外部压缩氢气存入的进气转接器（2a），另一端设有用于内部压缩氢气流出的出气转接器（2b），每个所述毛细管（11）的两端分别与所述的进气转接器（2a）和出气转接器（2b）相导通。2.根据权利要求1所述的高压储氢装置，其特征在于，所述毛细管（11）材料为镁硅玻璃、硼硅玻璃、熔融石英或聚合物中的一种，其拉伸强度α与材料密度ρ之比满足α/ρ＞1750MPa
×
cm3/g。3.根据权利要求2所述的高压储氢装置，其特征在于，所述毛细管（11）的横截面形状为圆形、六边形或四方形中的一种，其直径或截面宽度为1μm
‑
8mm；所述的金属有机骨架吸附材料或共价有机化合物吸附材料的粒径在1nm
‑
5μm。4.根据权利要求3所述的高压储氢装置，其特征在于，所述储氢管束（1）自内而外依次设有多个毛细管（11）、增强层（12）和外壳层（13），所述增强层（12）将多个所述毛细管（11）包覆；所述毛细管（11）沿所述外壳层（13）长度方向通长...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪正鹏，赵东林，商红岩，孟闻捷，
申请(专利权)人：北京东方红升新能源应用技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：
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