一种改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法技术

本发明专利技术公开了一种改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，属于储氢技术领域。方法包括：熔炼制备得到储氢合金；对所述储氢合金进行破碎处理，获取储氢合金粉末；将所述储氢合金粉末与高界面能硬脆性粉末均匀混合，并装入不锈钢管中，形成储氢合金粉体床；将所述不锈钢管焊接密封，并将所述不锈钢管抽真空，以形成单管储氢器。该方法能够避免储氢合金吸放氢循环过程中在储氢装置中局部堆积压实，导致在储氢合金吸氢膨胀时对储氢器壁产生局部应力集中而造成储氢器损伤，能够提高固态储氢装置的安全性。能够提高固态储氢装置的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法


[0001]本专利技术涉及一种改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，属于储氢


技术介绍

[0002]随着工业的发展和人们物质生活水平的提高，能源消耗急剧增加，由于目前能源体系主要是化石能源，能源危机和环境污染问题日益严峻，寻找清洁的可再生能源成为近年来的研究焦点。氢具有能量密度高、无污染、储运方便、资源丰富等优点，氢能成为目前重要二次能源已得到科学界广泛认同。高效、安全储氢技术是氢能规模化应用的关键。高压压缩气态储氢技术存在压力高、安全性差和体积储氢密度低的缺点，低温液态储氢技术则存在氢气液化过程能量消耗过大的缺点，而基于储氢材料的氢化和脱氢反应的固态储氢技术具有体积储氢密度大、工作压力低、安全性好的优点，是目前具有应用前景的储氢技术之一。
[0003]固态储氢装置一般是把高性能储氢合金装入容器中，通过改变氢气压力或者储氢合金粉体床温度来实现充氢和供氢功能。固态储氢装置中虽然气态氢的压力较低，但是，由于储氢合金在吸放氢过程中易粉化成细粉，在储氢器充氢和供氢过程中由于压力变化和氢气流的作用，易导致储氢合金粉末发生移动并在某些局部区域结块压实，当储氢装置再次充氢时，储氢合金吸氢时将发生较大的体积膨胀，这些结块压实的储氢合金粉体床由于膨胀而对储氢器的局部区域产生巨大的应力和应变，导致容器局部区域损坏，严重影响其实际应用。
[0004]针对上述问题，人们已发展了一些改善方法，例如，将储氢合金粉与粘接剂、发泡剂混合，通过压块、烧结、发泡等工艺制成多孔块状储氢材料块体，这种方法虽然在吸放氢循环早期有很好的效果，但是，也存在较大缺点，比如，只适合于形状规则的储氢器，储氢合金填充密度较低，增加了制造工序和成本，另外，经过较长时间吸放氢循环后，多孔储氢材料压块仍然会破碎粉化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，能够避免储氢合金吸放氢循环过程中在储氢装置中局部堆积压实，导致在储氢合金吸氢膨胀时对储氢器壁产生局部应力集中而造成储氢器损伤，能够提高固态储氢装置的安全性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，包括：
[0008]熔炼制备得到储氢合金；
[0009]对所述储氢合金进行破碎处理，获取储氢合金粉末；
[0010]将所述储氢合金粉末与高界面能硬脆性粉末均匀混合，并装入不锈钢管中，形成储氢合金粉体床；
[0011]将所述不锈钢管密封，并将所述不锈钢管抽真空，以形成单管储氢器。
[0012]进一步的，对所述储氢合金进行破碎处理，获取储氢合金粉末包括：
[0013]将所述储氢合金粗破碎至粒径小于2mm；
[0014]将经过粗破碎的储氢合金二次破碎至粒径小于500μm，得到储氢合金粉末。
[0015]进一步的，将所述不锈钢管焊接密封，并在所述不锈钢管的一端设置用于对其进行抽真空和充气的进出气细管和阀门。
[0016]进一步的，在所述不锈钢管的外表面粘贴若干片用于测试局部应力的应变片，且设置各所述应变片的间隔为50mm。
[0017]进一步的，所述储氢合金粉末为稀土系AB5型储氢合金、钛系AB2型储氢合金、钛系AB型储氢合金中的至少一种。
[0018]进一步的，所述稀土系AB5型储氢合金的通式为AB
x
，其中，A为La、Ce中的至少一种，B为Ni、Mn、Al、Co中的至少一种，4.5≤x≤5.5。
[0019]进一步的，所述钛系AB2型储氢合金的通式为AB
y
，其中，A为Ti、Zr中的至少一种，B为V、Cr、Fe、Mn中的至少一种，1.8≤y≤2.2。
[0020]进一步的，所述钛系AB型储氢合金的通式为TiFe
w
M
z
，其中，M为Mn、Ni中的至少一种，0.8≤w+z≤1.0。
[0021]进一步的，所述高界面能硬脆性粉末为碳化硅粉末、氮化硅粉末中的至少一种。
[0022]进一步的，所述高界面能硬脆性粉末的添加量为1～30wt％。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]本专利技术提供的改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，在储氢合金粉末中添加高界面能硬脆性粉末，所形成的储氢合金粉体床，具有优异的抗粉末局部堆积结块性能，能够避免储氢合金吸放氢循环过程中在储氢装置中局部堆积压实，导致在储氢合金吸氢膨胀时对储氢器壁产生局部应力集中而造成储氢器损伤，能够提高固态储氢装置的使用安全，具有良好的应用前景。
具体实施方式
[0025]下面通过具体实施例对本专利技术技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0026]本专利技术提供的改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法中，储氢合金粉体床包括储氢合金粉末和高界面能硬脆性粉末，储氢合金粉末为稀土系储氢材料或钛系储氢材料中的至少一种，高界面能硬脆性粉末为碳化硅或氮化硅中的至少一种，高界面能硬脆性粉末的添加量为1～30wt％。
[0027]优选地，高界面能硬脆性粉末的添加量为3～20wt％。
[0028]更优选地，高界面能硬脆性粉末的添加量为5～10wt％。
[0029]本专利技术提供的改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，包括如下步骤：
[0030]步骤一：熔炼制备得到储氢合金；
[0031]步骤二：将储氢合金粗破碎至粒径小于2mm；
[0032]步骤三：将经过粗破碎的储氢合金二次破碎至粒径小于500μm，得到储氢合金粉末；
[0033]步骤四：将储氢合金粉末与高界面能硬脆性粉末均匀混合，并装入不锈钢管中，形成储氢合金粉体床；
[0034]步骤五：将不锈钢管焊接密封，并将不锈钢管抽真空，以形成单管储氢器；
[0035]其中，在使用装有储氢合金粉末的不锈钢管时，保持不锈钢管水平放置。
[0036]储氢合金粉末为稀土系AB5型储氢合金、钛系AB2型储氢合金、钛系AB型储氢合金中的至少一种。
[0037]高界面能硬脆性粉末为碳化硅粉末、氮化硅粉末中的至少一种。
[0038]稀土系AB5型储氢合金的通式为AB
x
，其中，A为La、Ce中的至少一种，B为Ni、Mn、Al、Co中的至少一种，4.5≤x≤5.5。
[0039]钛系AB2型储氢合金的通式为AB
y
，其中，A为Ti、Zr中的至少一种，B为V、Cr、Fe、Mn中的至少一种，1.8≤y≤2.2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，其特征在于，包括：熔炼制备得到储氢合金；对所述储氢合金进行破碎处理，获取储氢合金粉末；将所述储氢合金粉末与高界面能硬脆性粉末均匀混合，并装入不锈钢管中，形成储氢合金粉体床；将所述不锈钢管密封，并将所述不锈钢管抽真空，以形成单管储氢器。2.根据权利要求1所述的改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，其特征在于，对所述储氢合金进行破碎处理，获取储氢合金粉末包括：将所述储氢合金粗破碎至粒径小于2mm；将经过粗破碎的储氢合金二次破碎至粒径小于500μm，得到储氢合金粉末。3.根据权利要求1所述的改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，其特征在于，将所述不锈钢管焊接密封，并在所述不锈钢管的一端设置用于对其进行抽真空和充气的进出气细管和阀门。4.根据权利要求1所述的改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，其特征在于，在所述不锈钢管的外表面粘贴若干片用于测试局部应力的应变片，且设置各所述应变片的间隔为50mm。5.根据权利要求1所述的改善固态储氢器中储氢合金粉体床对器壁产生局部应力集中的方法，其特征在于，所述储氢合金粉末为稀土系AB5型储氢合金、钛系AB2型储氢合金、钛系AB型储...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建军，黄强，杨景刚，郭东亮，孙磊，杨立恒，陈大兵，张晓琴，肖鹏，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：