一种多孔石墨网格温度调控金属储氢装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多孔石墨网格温度调控金属储氢装置，属于储氢技术领域。它包括金属储氢腔室，设在金属储氢腔室中的多孔石墨网格和金属储氢材料单元；其中所述的金属储氢腔室设有与金属储氢材料单元相通的加氢口和放氢口，以及多个与多孔石墨网格相通的温度加载口；所述的多孔石墨网格是由多孔石墨材料加工成的纵横交错的网格状骨架，网格状骨架上设有导热膜；所述的金属储氢材料单元填充在网格状骨架的每个空间，从而使二者形成形状与尺寸与金属储氢腔室相适应的一体结构。本实用新型专利技术可以实现金属储氢材料温度的升降控制，使金属氢化物的吸氢与放氢过程更顺利地启动与停止。氢化物的吸氢与放氢过程更顺利地启动与停止。氢化物的吸氢与放氢过程更顺利地启动与停止。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔石墨网格温度调控金属储氢装置


[0001]本技术涉及一种金属储氢系统，特别涉及一种通过多孔石墨网格实现温度加载/卸载控制的金属储氢装置。

技术介绍

[0002]人类迫切需要寻求更高效的、可再生的清洁能源来代替传统的化石燃料。氢能被认为是最具潜力的能量载体之一，而且氢能的使用过程中产物只有水，完全无污染。氢气的高效制取、安全储运和合理应用是开发和利用氢能的三个重要环节。目前，氢气的制取和提纯技术已比较成熟，可实现氢气的规模化生产。由于氢气在常温常压下具有所有能源中最低的密度，且易燃、易爆、易扩散，氢气的储存和运输已成为制约氢能规模化应用的瓶颈问题。
[0003]储氢方法包括物理存储和基于材料的存储，其中物理存储分为气态储氢和液态储氢。对于气态储氢，目前氢燃料电池汽车的车载储氢系统采用碳纤维增强复合材料制造超高压容器，极限氢压可达70MPa，但制造成本较高，并存在安全隐患。对于液态储氢，氢气的液化过程将消耗大量能量，占储存氢气总能量的30％～45％，且液氢储存需要保温性极佳的超低温容器。基于材料的存储是让氢储存在不同的介质中，比如存储在固体储氢材料中(固体介质)、液氢载体、材料表面储存等。与本技术有关的技术是固体储氢。
[0004]固态存储目前大多数处于研究阶段，固体储氢材料，是一类对氢气具有良好吸附性或能与氢发生可逆化学反应而实现氢气储存的材料，具有体积储氢密度高、使用安全、储运便利等优势，目前常用的固体储氢材料是金属氢化物。金属氢化物储氢技术原理是氢气与某种金属单质或合金通过化学反应进行储存和释放。随着更多轻金属基氢化物的发现，更高的体积储氢密度、更优异的储氢效率和可通过温度和氢压调控吸放氢速率的特点，使其成为最具潜力的储氢技术之一。这类储氢材料虽然质量储氢密度大，但是由碱金属或碱土金属与氢气通过离子键相结合形成、键能大。因此，此类金属氢化物热力学稳定，需要较高的温度来推动吸放氢反应的发生。近些年来的研究热点多集中在通过纳米化、合金化、纳米限域和掺杂改性等方法牺牲轻金属储氢体系的部分储氢质量密度来提升其动力学性能且降低其热力学稳定性。然而目前主要的轻金属基氢化物的放氢温度仍在200℃左右，因此，为使金属氢化物放氢过程更顺利地启动与停止仍需寻找新的储氢装置以实现金属温度的快速升降控制。
[0005]中国专利申请号2022100764217公开了一种高效储氢瓶，它主要是在氢瓶本体内部通过支撑板设有若干散热管，相邻散热管之间相互贴合，散热管的管壁设计为镂空状结构，散热管内部间隔设有多个由储氢合金制作的网格状吸氢网。其工作原理是：进入氢瓶本体的氢气从各个方向通过散热管镂空处进入散热管，在散热管内被吸氢网吸收而储存，从而解决氢气与储氢材料反应所产生的热量容易形成局部高温，影响储氢装置的安全性和寿命等问题。但是从其结构看，散热管遍布在储氢瓶中，而储氢网又间隔设在散热管中，降低了储氢瓶容量利用率。另外放氢需要通过加热的方式激发储氢合金材料，使储氢合金材料
分解，从而使氢气从中释放出来，而该技术提供的储氢瓶温度根本无法调控，所以目前尚不知道它的放氢是如何实现的。
[0006]目前市场上出现了一种多孔石墨材料，可以根据需求做成具有支撑力的骨架，比如中国专利申请号202210702344.1公开的多孔透气石墨的制备方法，它是将软炭材料和造孔剂进行一次混捏后，加入粘结剂进行二次混捏，形成混合物料，然后再经压制成型、炭化和石墨化处理形成的，得到的多孔石墨材料既有一定的机械强度，又具备优异的透气性和导热性。如果将这种多孔石墨材料用在储氢装置上并优化储氢装置结构，可使金属氢化物放氢过程更顺利地启动与停止。

技术实现思路

[0007]为了实现金属储氢材料温度的升降控制，使金属氢化物的吸氢与放氢过程更顺利地启动与停止，本技术提供一种多孔石墨网格温度调控金属储氢装置。
[0008]为达到上述目的，本技术采取的技术方案是：
[0009]一种多孔石墨网格温度调控金属储氢装置，它包括金属储氢腔室，其特征在于，它还包括设在金属储氢腔室中的多孔石墨网格和金属储氢材料单元；其中：
[0010]所述的金属储氢腔室是一个带有上下端盖的保温封闭壳体，壳体的上下端盖上分别预留有多个加氢口和放氢口，加氢口和放氢口均与金属储氢材料单元相通，壳体两端预留有多个温度加载口，温度加载口与多孔石墨网格相通，温度加载口上通过三通阀分别接入气态高温流体与气态低温流体；
[0011]所述的多孔石墨网格是由多孔石墨材料加工成的纵横交错的网格状骨架，形成类似于棋盘格状结构，网格状骨架上设有导热膜，防止高温流体溢出同时可以调控金属储氢材料单元的温度；
[0012]所述的金属储氢材料单元填充在网格状骨架的每个空间，从而使二者形成形状与尺寸与金属储氢腔室相适应的一体结构。
[0013]进一步：所述的金属储氢材料单元是由吸氢金属粉末压制而成的坯体。
[0014]进一步：所述的金属储氢腔室的材质为可抑制氢脆材料。
[0015]进一步：所述金属储氢腔室尺寸可根据用途分为加氢站级、加氢罐车级、大型客车级、小型客车级，其形状可制成圆柱体、长方体或正方体，与此同时，多孔石墨网格和金属储氢材料单元形成的一体结构相应也为圆柱体、长方体或正方体，大小与金属储氢腔室相适应，从而确保该一体结构在金属储氢腔室的稳定性。
[0016]进一步，所述的导热膜优选硅树脂材质的导热膜，在满足导热的同时又具有耐温的性能。
[0017]本技术的工作原理是通过在储氢罐内铺置多孔石墨网格进行高温或低温流体在其中的快速流动及热量传递，实现对储氢罐内金属储氢材料单元的温度控制，进而实现金属储氢材料吸放氢的顺利启动。具体工作方法为：
[0018]放氢过程中，通过向多孔石墨网格中注入气态高温流体，例如过热蒸汽，流体温度根据金属储氢材料的最佳放氢温度进行设置，高温流体通过多孔石墨网格和导热膜将热量热传导给金属储氢材料单元，金属储氢材料快速达到最佳放氢温度后金属氢化物分解，氢气沿罐体上的放氢口流出。
[0019]吸氢过程中，通过向多孔石墨网格中注入低温气态流体，防止金属储氢材料吸氢放热导致的局部温度升高，从加氢口进入的氢气被金属储氢材料吸收被储存。
[0020]本技术可带来如下有益效果：
[0021]1.本技术利用多孔石墨作为金属储氢材料骨架，不但保障了金属储氢材料在罐体中的稳定性，更重要的是为高低温气态流体提供换热通道。
[0022]2.本技术在多孔石墨骨架上设有导热膜，使得流经多孔石墨骨架的高低温流体的热量能热传导给金属储氢材料，实现金属储氢材料温度的调控，同时隔绝了罐体中氢气和高低温流体，保持了氢气的原有纯度。
[0023]3.本技术将金属储氢材料填充在多孔石墨骨架中，利用多孔石墨的延展性吸纳金属储氢材料吸氢后产生的一部分膨胀力，延长金属材料使用寿命，同时增强金属储氢腔室的安全性。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本技术，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔石墨网格温度调控金属储氢装置，它包括金属储氢腔室，其特征在于，它还包括设在金属储氢腔室中的多孔石墨网格和金属储氢材料单元；其中：所述的金属储氢腔室是一个带有上下端盖的保温封闭壳体，壳体的上下端盖上分别预留有多个加氢口和放氢口，加氢口和放氢口均与金属储氢材料单元相通，壳体两端预留有多个温度加载口，温度加载口与多孔石墨网格相通，温度加载口上通过三通阀分别接入气态高温流体与气态低温流体；所述的多孔石墨网格是由多孔石墨材料加工成的纵横交错的网格状骨架，形成类似于棋盘格状结构，网格状骨架上设有导热膜，防止高温流体溢出同时可以调控金属储氢材料单元的温度；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，孟祥旭，王春光，于海洋，祁帅东，林宇峰，刘俊杰，李正彬，王东，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：