[實用新型]一種高壓儲氫裝置及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202220247168.2
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN216896784U
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪正鵬;趙東林;商紅巖;孟聞捷
• 申請（專利權(quán)）人: 北京東方紅升新能源應(yīng)用技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: F17C11/00
• 分類號: F17C11/00;F17C1/04;F17C13/00;F17C13/04;B01J20/22;B01J20/30
• 代理公司: 北京東方芊悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11591
• 代理人: 彭秀麗

本實用新型公開了一種高壓儲氫裝置及系統(tǒng)，包含有多個用于儲氫的毛細(xì)管，在每毛細(xì)管中原位合成金屬有機骨架吸附材料或共價有機化合物吸附材料；再將多個毛細(xì)管呈陣列集成后形成一個儲氫管束；從儲氫管束的一端接入外部壓縮氫氣，將氫氣存儲于儲氫管束中的各毛細(xì)管中。本實用新型采用采用集成的高拉伸強度、內(nèi)部原位填充金屬有機骨架吸附材料或共價有機化合物吸附材料的低密度毛細(xì)管束進行氫氣儲存，組裝靈活，儲氫壓力高，儲氫能力強，實現(xiàn)在相對較輕的容器中儲存高壓氫氣。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及儲氫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓儲氫裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氫能作為一種綠色、清潔的新型能源，具有高燃燒熱值、無污染的特 點，是傳統(tǒng)化石能源極具吸引力的替代品。燃料電池驅(qū)動的汽車通過氫氣 與空氣結(jié)合，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能來為汽車提供動力，而該反應(yīng)的唯一產(chǎn) 物是水，不存在污染物的排放，并且可以循環(huán)使用再生成氫氣。氫能源的 推廣非常有望為緩解空氣質(zhì)量問題提供有效解決方案。

一直以來，氫氣的存儲和運輸都是氫能應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。兩個主 要問題促使對現(xiàn)在的儲氫系統(tǒng)進行革新。首先，氫作為原子半徑最小的元 素，在許多材料中具有非常高的滲透率。氫滲透會引起儲氫材料內(nèi)部結(jié)構(gòu) 發(fā)生改變，造成氫脆。氫脆會導(dǎo)致材料的延展性大大降低，進而極易發(fā)生 開裂和失效。因此，高拉伸強度、不與氫反應(yīng)以及低的氫擴散性是儲氫材 料所需的特性。再者，儲氣系統(tǒng)應(yīng)可承受因壓縮氫氣帶來的高壓，且為了 便于運輸，這一系統(tǒng)必須是便攜可移動的。目前常見的滿足這些要求的氫 氣貯存系統(tǒng)都是由金屬材料、合金和/或復(fù)合材料制成的，這些材料普遍較 重，從而造成儲氣系統(tǒng)的體積密度和質(zhì)量密度難以滿足需求。

高壓鋼瓶是目前使用最廣泛的儲氫技術(shù)，它提供的重量和體積儲氫密 度分別為1wt％和16g/L。鋼瓶的替代品包括液態(tài)氫儲罐、復(fù)合材料氫儲 罐、吸附儲氫、金屬氫化物儲氫方式等。

液態(tài)氫儲罐通常只被用于大規(guī)模長距離的氫氣運輸，這是因為氫氣液 化裝置的資本成本和能耗要求過高。雖然這是一項較為成熟的技術(shù)，但它 很難有效的縮小規(guī)模。對于小型儲罐，較高的表面/體積比造成的蒸發(fā)是一 個主要問題。

為了減輕結(jié)構(gòu)重量，纖維增強復(fù)合材料已知可被用于制造儲氫罐。這 類儲氫罐的內(nèi)襯通常由鋁或聚合物制成，再經(jīng)由玻璃或碳纖維包覆。這類 儲氣罐可以提供的重量和體積儲氫密度可以被提升到5wt％和26g/L。但 由于碳纖維的生產(chǎn)成本較高，碳纖維制成的復(fù)合材料氣瓶要比鋼瓶價格高 很多。

吸附儲氫是通過物理吸附的方法將氫分子弱結(jié)合到吸附劑表面，然而 只有在接近77K的低溫下才能獲得可觀的儲氫容量，商業(yè)化應(yīng)用比較困難。

金屬氫化物是通過氫氣分子解離生成氫原子，占據(jù)金屬、金屬間化合 物或合金的晶體結(jié)構(gòu)中的間隙位點，形成金屬氫化物。這種金屬氫化物的 形成往往伴隨著吸收熱的釋放(通常為30-70kJ/mol)、晶體結(jié)構(gòu)的膨脹 (高達(dá)30％)以及循環(huán)時的爆裂/沉降效應(yīng)。因此在這一系統(tǒng)中，熱控制和 對機械形變的控制十分重要。除此之外，過于昂貴的成本也是固體儲氫商 業(yè)化應(yīng)用的一大障礙。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種高壓儲氫方法、裝置及 系統(tǒng)，通過集成的高拉伸強度、內(nèi)部原位填充MOF或COF材料的低密度毛 細(xì)管束，其一端接入外部壓縮氫氣，將氫氣存儲于毛細(xì)管中，結(jié)構(gòu)簡單， 使用高效，可重復(fù)充裝氫氣，成本低，實現(xiàn)在相對較輕的容器中儲存高壓 氫氣。

本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種高壓儲氫方法，包含有多個用于儲氫的毛細(xì)管，在每毛細(xì)管中原 位合成金屬有機骨架吸附材料或共價有機化合物吸附材料；再將多個毛細(xì) 管呈陣列集成后形成一個儲氫管束；從儲氫管束的一端接入外部壓縮氫氣， 將氫氣存儲于儲氫管束中的各毛細(xì)管中。

所述的在所述毛細(xì)管內(nèi)部原位合成金屬有機骨架吸附材料的方法如 下：