[發明專利]一種合金儲氫材料動力學測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202011120330.6
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112363076A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 彭元亭;曾輝;程臣;王澤淵;陳思安
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: G01R31/392
• 分類號: G01R31/392;G01R31/382;G01N33/00;G01M3/02
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種合金儲氫材料動力學測試裝置及方法，由管路系統、樣品反應罐、控溫系統、數據采集與監控系統組成，管路系統由電磁閥實現充氫和放氫自動切換，充氫過程利用質量流量計，測試一定壓力、溫度下的充氫瞬時流量，放氫過程利用質量流量控制器，精準控制放氫輸出流量；控溫系統中的熱交換場所為水浴或者油浴，溫控范圍廣；通過PLC和上位機進行數據采集與監控，可實現全自動操作。本發明克服了合金儲氫材料PCT曲線測試的不足，可對其進行活化性能、充放氫曲線、循環壽命測試，測試結果對評估儲氫合金與燃料電池的匹配性能，具有重要意義。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種合金儲氫材料動力學測試裝置，以及其測試方法。

背景技術

燃料電池被認為是繼火電、水電、核電之后的第四代發電技術，是一種新能源發電技術。燃料電池可應用于電動汽車、水下電源、航空電源、備用電源、固定電站、便攜式電源等諸多領域，《時代周刊》將其列在21世紀改變人類生活的十大科技之首。

合金儲氫技術是一種燃料電池用氫源技術，在一定溫度和壓力下，合金能夠吸收大量氫氣，反應生成金屬氫化物。氫化物加熱或者降低氫氣壓力，氫化物發生分解反應，從而為燃料電池提供氫氣。合金儲氫技術具有儲氫密度高、出口氫氣純、安全性能好等特點，是作為航天、水下等領域燃料電池用氫源的不二選擇。

目前，對燃料電池用儲氫合金儲氫性能的評估主要采用PCT曲線測試，測試參數為合金材料的一些熱力學基本參數，例如反應焓變、反應熵變、平臺壓力、平臺斜率、滯后因子等。然而作為燃料電池用氫源技術時，往往更關心的儲氫裝置與燃料電池的匹配性能，對合金材料的動力學評估尤為重要。儲氫合金的活化性能、充放氫曲線、循環壽命等是影響實現工程應用的重要指標，而這些參數不能通過合金材料的PCT曲線測得。

發明內容

本發明的目的之一在于彌補現有技術的不足，設計一種儲氫合金材料的動力學測試裝置，實現對燃料電池用儲氫合金的活化性能、充放氫曲線、循環壽命進行評估。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種合金儲氫材料動力學測試裝置，包括管路系統、樣品反應罐、控溫系統和數據采集與監控系統四個組成部分；所述的管路系統包括順序連接的電磁閥Ⅰ、質量流量計和過濾器，所述電磁閥Ⅰ入口一路通過手動閥Ⅰ連接氫氣進口，構成充氫支路，一路通過手動閥Ⅱ連接氦氣進口，單向閥Ⅰ同時引出兩條支路，一條依次連接手動閥Ⅴ、電磁閥Ⅱ、質量流量控制器之后連接氫氣排放口，構成放氫支路，用于排空氫氣，由電磁閥Ⅰ和電磁閥Ⅱ實現充氫和放氫的自動切換：充氫支路中利用質量流量計測試一定壓力、溫度下充氫瞬時流量；放氫支路利用質量流量控制器精準控制放氫輸出流量；所述的樣品反應罐由罐體、安裝在罐體頂部開口處的法蘭以及設置在法蘭上的導氣管和罐口閥組成，所述的過濾器與罐體出口連接，罐體出口處還設置有安全閥；所述的控溫系統由恒溫浴和溫度傳輸控制器組成；所述的數據采集與監控系統由PLC和上位機組成，所述的PLC分別與電磁閥Ⅰ、質量流量計、電磁閥Ⅱ、質量流量控制器和罐體出口處的真空壓力傳感器連接。

所述的一種合金儲氫材料動力學測試裝置，其放氫支路中并聯一臺防爆真空泵，以實現活化過程中對樣品反應罐的抽真空處理，防爆真空泵入口方通過手動閥Ⅵ連接過濾器。

所述的一種合金儲氫材料動力學測試裝置，其管路系統中的充氫支路上的電磁閥Ⅰ 前端配置減壓閥Ⅰ，質量流量計后端配置單向閥Ⅰ，所述的電磁閥Ⅰ、質量流量計和單向閥Ⅰ的管路上并聯有手動閥Ⅲ，以防止壓力過大和氫氣回流對其產生損傷。

所述的一種合金儲氫材料動力學測試裝置，其電磁閥Ⅱ前端配置了減壓閥Ⅱ，質量流量控制器后端配置了單向閥Ⅱ，所述的電磁閥Ⅱ、質量流量控制器和單向閥Ⅱ的管路上并聯有手動閥Ⅵ。

所述的一種合金儲氫材料動力學測試裝置，其罐體材質為耐高溫不銹鋼，罐體開口處并聯有安全閥，當壓力超過設定值后對系統進行泄壓保護。