一种储氢器、制备方法及氢动力车与流程

1.本发明属于储氢设备领域，尤其是一种储氢器、制备方法及氢动力车。


背景技术：

2.目前，随着能源危机的加剧和环保意识的加强，氢能的利用越来越受到广泛的关注，其中氢的存储是在氢能在实用过程中的主要技术瓶颈之一，现有技术中较为实用的储氢方式主要有三种：高压容器储氢(如钢瓶)、低温液氢储罐(低温杜瓦罐)以及金属氢化物固态储氢，其中的金属氢化物固态储氢技术是利用氢气与储氢合金的反应来实现氢气的储存，与其他储氢方式相比，具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是储氢技术发展的一个重要方向。
3.但是，目前的氢合金粉末型储氢器还存在一些不足，比如：现有技术中氢合金粉末的局部聚集易引发储氢罐安全事故，储氢合金层吸氢后，晶格进行膨胀，放氢后，晶格进行收缩，在长时间的使用过程中，储氢合金层会因晶格的反复膨胀、收缩发生粉化，然后在自身重力的作用下，储氢合金粉末会逐渐沉降并聚集，过度聚集的储氢合金在吸氢膨胀时会对罐体产生不可逆转的塑性变形甚至破裂，引发安全事故。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种储氢器、制备方法及氢动力车，以解决背景技术所涉及的问题。
5.本发明提供一种储氢器，包括：
6.瓶体，在所述瓶体内部放置有储氢材料；
7.弹性件，为弹性多孔结构，设置在所述瓶体内部；且所述弹性体全部或部分埋装在所述储氢材料内。
8.优选地或可选地，所述弹性件的形状为或近似为柱体、台体或上述形状的组合体。
9.优选地或可选地，所述弹性件垂直于所述瓶体底部。
10.优选地或可选地，所述弹性件的截面尺寸小于或等于所述瓶体瓶口大小。
11.优选地或可选地，所弹性体采用具有过滤功能的多孔高分子材料制成。
12.优选地或可选地，所述瓶体为一体式无缝铝制容器。
13.优选地或可选地，所述瓶体的容积为500～10000ml。
14.优选地或可选地，所述瓶体出气口处设置有减压阀。
15.优选地或可选地，所述储氢材料为粉末状态；所述储氢材料为钛系ab2型和ab型、稀土系ab3和ab5型、钛钒固溶体、镁基储氢合金、配位氢化物、金属氮氢化物、氨硼烷等储氢材料中的任意一种或几种的混合物。
16.本发明还提供一种储氢器的制备方法，其特征在于，包括：
17.将弹性件插入瓶内；
18.向瓶体内填充储氢材料至预定量，并保持弹性件处于竖直状态；
19.安装减压阀，依次进行充放氢测试、真空脱气、活化吸氢，至储氢器的吸氢量达到预定额度时，充氢结束。
20.优选地或可选地，所述充放氢测试、真空脱气、活化吸氢的方法，包括如下步骤：
21.将弹性件用铁签固定，插入瓶内；
22.向瓶体内填充储氢材料，并始终保持弹性件处于竖直状态；当填充到储氢合金填充至指定高度时，埋没或部分埋没弹性件时，将铁签抽出，继续填充合金粉末至预定量；
23.安装减压阀，并进行充放氢测试；
24.在55-60℃的恒温下，采用对储氢器进行抽真空脱气；继续在该温度下，进行活化吸氢，并保压15-45min；
25.然后降低温度至0℃，再继续充氢活化，直到吸氢量达到额定的总储氢量为止；
26.将活化完成的储氢器置于5℃下，进行吸氢，至储氢器的质量增加量在预定额度时，充氢结束。
27.优选地或可选地，所述充氢活化的方法，包括如下步骤：
28.将温度控制0-5℃，在3000-4500kpa氢压下活化吸氢，至吸氢量达到储氢瓶额定储氢量的预定百分比时，停止充氢，并由储氢器内向外排放额定的总储氢量的1/50-1/40的氢气；其中，所述预定百分比与活化充氢的次数有关；
29.重复上述步骤，直到吸氢量达到额定的总储氢量为止，然后排尽储氢合金瓶中储存的氢气，完成活化工艺。
30.本发明还提供一种氢动力车，包括所述的储氢器。
31.本发明涉及一种储氢器及氢动力车，相较于现有技术，具有如下有益效果：
32.1、本发明通过在储氢器内部设置多孔弹性件，当充氢时，储氢材料可以向多孔弹性件侧膨胀，减缓瓶体的压力，避免储氢材料吸氢膨胀在瓶体上产生的应力集中，提高储氢器的使用寿命和安全性；而弹性件的多孔特点能够起到过滤合金粉尘发作用，防止合金粉尘逸出，导致输出氢气不纯，甚至堵塞气阀件。
33.2、本发明将弹性件为或近似为柱体，方便工作人员将弹性件放入瓶体内，并保证弹性件具有比较高的弹性性能。
34.3、本发明中弹性件的初始状态为垂直于瓶体底部，能够保证弹性件周向受力的均匀，延长弹性件的使用寿命。
35.4、本发明中选用过滤棉棒制成，成本低，易于工业化生产。
36.5、本发明中的瓶体为一体式无缝容器，具有更强的结构强度，提高储氢器的使用寿命和安全性。
37.6、本发明中的瓶体与常见的钢瓶相比，重量可减轻40％-70％，同时具有安全性高、易于携带的特点，且铝合金经氧化后具有独特的耐腐蚀特性。
38.7、本发明在瓶体出口处设置减压阀，保证所述储氢器能够稳定出氢和充氢，避免充氢速率过大，导致储氢材料板结，引发安全事故。
39.8、本发明由于多孔过滤棉棒的存在，减小了储氢材料板结的风险，因此可以适当提高储氢器活化吸氢和充氢过程中的氢压，以提高储氢器活化和充氢的效率。
附图说明
40.图1是本发明中储氢器的结构示意图。
41.图2是本发明中储氢器的制备方法的流程示意图。
42.附图标记为：瓶体10、储氢材料20、弹性件30、减压阀40。
具体实施方式
43.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
44.实施例1
45.参阅附图1，一种储氢器，包括：瓶体10和内置于瓶体10的固态储氢材料20。所述瓶体10为一体式无缝容器，如此，具有更强的结构强度，提高储氢器的使用寿命和安全性。具体地，所述瓶体10采为一体式无缝铝制容器容积为500～10000ml，与常见的钢瓶相比，重量可减轻40％-70％，同时具有安全性高、易于携带的特点，且铝合金经氧化后具有独特的耐腐蚀特性。
46.其中，所述储氢材料20为粉末状态，对于本领域技术人员而言，所述储氢材料20选用可以钛系ab2型、钛系ab型、稀土系ab3、稀土系ab5型、钛钒固溶体、镁基储氢合金、配位氢化物、金属氮氢化物、氨硼烷储氢材料中的一种或多种。
47.在所述储氢器内部设置有弹性件30，至少具体径向的弹力，全部或部分埋装在所述储氢材料20内。当充氢时，储氢材料20可以向多孔弹性件30侧膨胀，减缓瓶体10的压力，避免储氢材料20吸氢膨胀在瓶体10上产生的应力集中，提高储氢器的使用寿命和安全性。所述弹性为采用过滤多孔高分子材料制成的弹性多孔结构，形状为或近似为柱体、台体或上述形状的组合体。所述多孔高分子材料可以为低密度聚醚、聚乙烯醇和聚酯材料等合成高分子材料制备的多孔弹性过滤体；也可以为棉纤维、亚麻纤维、羊毛纤维等天然高分子材料编制的过滤体。
48.在本实施例中，选用直径
×
长度为13.2mm
×
260mm的多孔过滤棉棒，所述多孔过滤棉具有多孔结构，且所述多孔过滤棉的孔径小于或等于所述储氢合金粉末的粒径，能够起到过滤合金粉尘的作用，防止合金粉尘逸出，导致输出氢气不纯，甚至堵塞气阀件。当使用时间过长时，会导致少量储氢材料吸附在多孔过滤棉棒的孔径中，影响整个储氢器的储氢能力，和径向弹力，而本实施例中的多孔过滤棉为一个整体，而且在竖直方向上具有一定的刚性，不会发生大幅度的形变，因此可以定期将多孔过滤棉夹持出来，进行清理，在保证多孔过滤棉具有优异的径向弹力的同时，释放整个储氢器的储氢能力。
49.所述瓶体10出气口处设置有减压阀40。保证所述储氢器能够稳定出氢和充氢，将储氢器内部压力控制在0.1-5mpa的低压范围内，经减压阀40向电堆提供氢气压力为15-50kpa。另外，避免充氢速率过大，导致储氢材料20板结，引发安全事故。
50.实施例2
51.参阅附图2，为了进一步理解本实施例的技术方案，现对储氢器的制备方法做一个简要说明：在装配过程中，将过滤棉棒用铁签(所述铁签长度大于瓶体10瓶身长度)固定多
孔过滤棉棒，将多孔过滤棉棒插入瓶内；然后向瓶体10内填充储氢材料20，此时要保持多孔过滤棉棒处于竖直状态；当填充到储氢合金填充至指定高度时，埋没或部分埋没过滤棉棒时，将铁签抽出，继续填充合金粉末；最后，安装减压阀40，并进行充放氢测试。
52.由于多孔过滤棉棒的存在，减小了储氢材料板结的风险，因此可以采用多次部分充放氢的活化方法、并适当提高储氢器活化过程和充氢过程中的氢压，以提高储氢器活化和充氢的效率，相较于常规的储氢器，本技术中的储氢器的活化效率提高了50％左右。
53.其中，活化过程：将储氢器置于55-60℃的热水里，对其进行高真空(2
×
10-5
pa)的脱气1～2小时脱气后立即以4500kpa的氢压(99.999％的高纯氢)进行活化吸氢，此时，保证水温度稳定在55-60℃，在此条件下保温，保压半小时，让氢气和粉末接触。然后进一步降低进水温度，提高氢气与储氢材料结合速率和活化效率，然后降低温度至0℃，将温度控制0-5℃，在3000-4500kpa氢压下活化吸氢，至吸氢量达到储氢瓶额定储氢量的预定百分比时，停止充氢，并由储氢器内向外排放额定的总储氢量的1/50-1/40的氢气；其中，所述预定百分比与活化充氢的次数有关，所述预定百分比随着活化次数逐次增加，最后提高100％；重复上述步骤，直到吸氢量达到额定的总储氢量为止，然后排尽储氢合金瓶中储存的氢气，完成活化工艺。例如，在0℃水温下，继续在3000-4500kpa氢压下活化吸氢。当吸氢量达到储氢瓶额定储氢量的50％-60％时，停止充氢。由瓶内向外排放额定的总储氢量的1/50-1/40的氢气，而后再继续充氢活化，直到吸氢量达到额定的总储氢量为止。然后排尽储氢合金瓶中储存的氢气，活化工艺完成，以后充氢时，储氢合金即能达到最大储氢量。
54.充氢过程：将活化完成的储氢器置于5℃的冷水里，以3000kpa的氢气压力(99.999％的高纯氢)进行吸氢，经过30-35分钟后关闭气路，至储氢器的质量增加量在预定额度时，在本实施例中，测量储氢器的质量增加量在42-50g，充氢结束。
55.实施例3
56.将实施例1中的储氢器应用氢动力车上，该氢动力车包括电机及与电机连接的电堆，电堆进一步连接至储氢装置，以接收排出的氢气，从而利用氢气压生成电能。
57.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

技术特征：
1.一种储氢器，其特征在于，包括：瓶体，在所述瓶体内部放置有储氢材料；弹性件，为弹性多孔结构，设置在所述瓶体内部；且所述弹性体全部或部分埋装在所述储氢材料内。2.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述弹性件的形状为或近似为柱体、台体或上述形状的组合体。3.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述弹性件垂直于所述瓶体底部。4.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述弹性件的截面尺寸小于或等于所述瓶体瓶口大小。5.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所弹性体采用具有过滤功能的多孔高分子材料制成。6.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述瓶体为一体式无缝铝制容器。7.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述瓶体出气口处设置有减压阀。8.一种储氢器的制备方法，其特征在于，包括：将弹性件插入瓶内；向瓶体内填充储氢材料至预定量，并保持弹性件处于竖直状态；安装减压阀，依次进行充放氢测试、真空脱气、活化吸氢，活化完成后进行充氢，至储氢器的质量增加量在预定额度时，充氢结束。9.根据权利要求8所述的储氢器的制备方法，其特征在于，所述充放氢测试、真空脱气、活化吸氢的方法，包括如下步骤：在55-60℃的恒温下，采用对储氢器进行抽真空脱气；继续在该温度下，进行活化吸氢，并保压15-45min；然后降低温度至0℃，再继续充氢活化，直到吸氢量达到额定的总储氢量为止；将活化完成的储氢器置于5℃下，进行吸氢，至储氢器的质量增加量在预定额度时，充氢结束。10.一种氢动力车，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的储氢器。

技术总结
本发明公开了一种储氢器、制备方法及氢动力车，属于储氢设备领域。储氢器包括：瓶体，放置在所述瓶体内部的储氢材料，设置在所述瓶体内部、全部或部分埋装在所述储氢材料内、具有弹性多孔结构的弹性件。本发明通过在储氢器内部设置多孔弹性件，当充氢时，储氢材料可以向多孔弹性件侧膨胀，减缓瓶体的压力，避免储氢材料吸氢膨胀在瓶体上产生的应力集中，提高储氢器的使用寿命和安全性；而弹性件的多孔特点能够起到过滤合金粉尘作用，防止合金粉尘逸出，导致输出氢气不纯，甚至堵塞气阀件。甚至堵塞气阀件。甚至堵塞气阀件。


技术研发人员：孙继胜 岑健 朱佳浩 宁景霞
受保护的技术使用者：永安行科技股份有限公司
技术研发日：2022.04.08
技术公布日：2023/8/8