[發(fā)明專(zhuān)利]儲(chǔ)氫顆粒

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380067572.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104884382A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·本寧頓;S·麥克格雷迪;D·羅伊斯;A·洛弗爾;L·莫寧;T·海登
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 賽勒收購(gòu)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B3/00
• 分類(lèi)號(hào): C01B3/00
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;丁香蘭

本發(fā)明涉及涂布的儲(chǔ)氫顆粒、制造所述涂布顆粒的方法、涂布顆粒用于生產(chǎn)氫的用途、以及生產(chǎn)氫的方法。

氫是一種能量載體，其在使用時(shí)為無(wú)碳的，并且提供了減輕來(lái)自世界石油市場(chǎng)的能量供應(yīng)的可能。在相同重量的情況下，其具有三倍于汽油的能量。然而，存在與其使用相關(guān)的挑戰(zhàn)，例如，找出一種以足夠稠密的形式存儲(chǔ)通常為氣體的物質(zhì)的方式，以及將引入此種新穎且顛覆性的技術(shù)所需的基礎(chǔ)設(shè)施成本最小化。

大多數(shù)汽車(chē)制造商言明氫是汽油和柴油的最終代替物。蓄電池的比能過(guò)低以至于不能對(duì)許多商業(yè)用途提供足夠的范圍，并且有可能的是純蓄電池電動(dòng)車(chē)輛將最終用于通勤或其他短途城區(qū)車(chē)輛。許多制造商計(jì)劃到2015年時(shí)可獲得“可負(fù)擔(dān)”的氫車(chē)輛。

燃料電池與氫儲(chǔ)備的組合可形成具有比能兩三倍于鋰離子電池的系統(tǒng)。因此，所述技術(shù)存在用于航空航天、軍事、高端消費(fèi)性電子產(chǎn)品和安保應(yīng)用中的高端市場(chǎng)的可能性，這些應(yīng)用者將支付高額費(fèi)用并作為早期采用者以使所述技術(shù)能夠規(guī)模化。

也存在氫的潛在非機(jī)動(dòng)性用途，例如：用于對(duì)建筑提供電力或用作應(yīng)急動(dòng)力源。這些應(yīng)用在技術(shù)方面要求沒(méi)有那么高，并且可能較早地商業(yè)化。

氫可用于內(nèi)燃機(jī)這種經(jīng)證實(shí)的廉價(jià)技術(shù)，該技術(shù)可很好地提供對(duì)市場(chǎng)的最初進(jìn)入。但要真正有競(jìng)爭(zhēng)性，則需將氫用于燃料電池，因?yàn)樗鼈兊男时葍?nèi)燃機(jī)高兩三倍。燃料電池產(chǎn)生電力，因此氫燃料電池車(chē)輛是電動(dòng)的，其具有與蓄電池電動(dòng)車(chē)輛相似的控制和傳動(dòng)系。實(shí)際上，電動(dòng)車(chē)輛有可能是混合動(dòng)力的，其中蓄電池提供需求水平化(demand?leveling)，而燃料電池提供范圍(range)。

針對(duì)千瓦規(guī)模應(yīng)用(例如機(jī)動(dòng)車(chē))的現(xiàn)有儲(chǔ)氫方法是用碳纖維復(fù)合材料儲(chǔ)罐將其壓縮至高密度，所述儲(chǔ)罐能夠在至多700大氣壓的壓力下操作。這些儲(chǔ)罐是昂貴的，并且大量的應(yīng)用研究正集中于降低其生產(chǎn)成本。所述技術(shù)是相對(duì)成熟的，并且?guī)缀鯇⒖隙ㄓ糜诘谝淮?chē)輛。然而，所需的基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜且非常昂貴。在加油站處需要用于將氫迅速壓縮至850大氣壓的壓縮機(jī)來(lái)充填這些儲(chǔ)罐，其每個(gè)的成本都超過(guò)百萬(wàn)美元，并且如果其要被公眾使用，則將需要精密的安全系統(tǒng)。

此種高壓儲(chǔ)罐不適合于小規(guī)模應(yīng)用，因此需要其他存儲(chǔ)技術(shù)。對(duì)于能夠以密實(shí)且安全的形式存儲(chǔ)氫的固態(tài)材料已進(jìn)行了大量研究。兩種競(jìng)爭(zhēng)性類(lèi)別的材料是最終解決方案的可能的競(jìng)爭(zhēng)者。其中的第一種是稱(chēng)作金屬有機(jī)框架物(MOF)的超多孔材料，其能夠在液氮溫度或高壓下存儲(chǔ)至多7重量％的氫。第二種是氫與其它原子化學(xué)結(jié)合的氫化物。兩類(lèi)材料顯示出非凡的前景：氫化硼，其中氫與硼結(jié)合(通常10重量％～12重量％的可用氫)；以及鋁烷，其中氫與鋁結(jié)合(約10重量％的氫)。

近來(lái)已意識(shí)到，出于熱力學(xué)和工程原因，在車(chē)輛內(nèi)將這些氫化物材料再生是不切實(shí)際的。這可通過(guò)移動(dòng)粉末或漿料從而可將氫化物泵入或泵出車(chē)輛來(lái)解決，并且在別處進(jìn)行再生，這可能在容易獲得能量和氫的大型石油化工廠進(jìn)行。

雖然氫化物的性能在氫比重方面優(yōu)異，但其也具有一些技術(shù)問(wèn)題：

1)氫釋放的動(dòng)力學(xué)過(guò)程通常緩慢。對(duì)于一些硼氫化物，這種釋放可能花數(shù)小時(shí)。

2)氫釋放的溫度可能非常高，例如對(duì)于諸如硼氫化鋰(LiBH₄)等材料超過(guò)300℃。

3)所述材料通常是空氣敏感的，某些甚至是自燃性的。

4)與脫氫有關(guān)的焓和熵可能很大，使得直接再氫化不能實(shí)行。

5)一些材料放出可能損害燃料電池的其他雜質(zhì)和揮發(fā)物。

存儲(chǔ)方法或技術(shù)的選擇最終將取決于成本、安全和性能，并且可能對(duì)于不同的應(yīng)用是困難的。

在政策方面，政府可能希望具有能量供應(yīng)的安全性并減少CO₂排放以滿足國(guó)家和國(guó)際目標(biāo)。然而，對(duì)于技術(shù)的使用者而言這是次要的，其將僅在以下情況下被采納：

1)額外成本費(fèi)用產(chǎn)生了性能(范圍、持續(xù)時(shí)間、速度、換料或舒適性以及可能的安全性)的顯著提高；或

2)其在很少或幾乎不損失性能或安全性方面的情況下提供經(jīng)濟(jì)利益。因此，為了實(shí)用，儲(chǔ)氫技術(shù)必需在按規(guī)模放大時(shí)足夠廉價(jià)，其必須將制造、分配和使用其所需的基礎(chǔ)設(shè)施成本最小化，其必須至少與汽油或蓄電池一樣安全，并且其必須具有堪比或超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的性能。