[发明专利]用于储氢的储氢装置

说明书

本发明涉及一种用于储氢的储氢装置(10)和一种用于从所述储氢装置(10)中释放氢气的方法(100)。此外，本发明涉及一种能量产生装置(50)和一种包括所述储氢装置(10)和/或所述能量产生装置(50)的飞行器(1)。根据本发明，提供了一种储氢装置(10)。所述储氢装置(10)包括外涂层(12)、内芯材料(14)、和在所述外涂层(12)中的释氢接口(16)。所述内芯材料(14)包括复合材料，所述复合材料含有包含多孔含碳材料的基质材料和包含化学键合的氢的储氢材料。

技术领域

本发明涉及一种用于储氢的储氢装置和一种用于从所述储氢装置释放氢气的方法。此外，本发明涉及一种包含所述储氢装置的能量产生装置和一种包含所述储氢装置或所述能量产生装置的飞行器。

背景技术

在诸如汽车或飞行器的移动应用中使用的许多局部部件需要电力。许多这些部件、并且特别是安全设备是与运行移动应用实际需要的电气部件(例如飞行器的导航系统、燃料量表、飞行控制器和液压系统)分开的。例如，在飞行器中，此类局部部件是各种类型的机舱设备，例如区域加热器、机舱通风器、独立通风器、区域灯或射灯如机舱灯和/或乘客座椅的阅读灯、高舒适座椅、供水系统、乘客电子产品用充电站和电源插座、厨房和厨房装置、应急照明、应急电筒、救生筏的电气设备、冲压空气涡轮机(RAT)以及还有用于对飞行器执行勤务的辅助动力单元(APU)。

燃料电池作为清洁能源已受到关注。燃料电池系统的技术通过使用燃料电池催化剂将氢源(即，如液态烃的燃料)与来自空气的氧气组合以产生电能作为主要产物。除电力外，燃料电池系统还产生热力(即，热量)、水或水蒸气和贫氧空气。这些副产物的危害远低于通过燃烧化石燃料的电力产生装置产生的二氧化碳排放。因此，希望使用燃料电池来产生电能(尤其在飞行器中)。

对于储存用于驱动燃料电池所需要的氢气，有若干选择。一种选择是将氢气以压缩或液体状态储存，例如通过使用通常已知的气瓶。然而，这需要高压力并且在一些应用中还需要非常低的温度。目前用于液体或压缩氢气的可用储存罐是非常重的和/ 或体积大的，并且由于高氢气压力和(如果需要)低于环境温度的要求，它们难以重新填充。例如，从Dynatech公司可得的2升700巴的储瓶重约4.8kg并且具有1.7wt.％ H₂的最大重量密度，并且从Luxfer公司可得的5升300巴储瓶重约3.8kg并且具有 2.6wt.％H₂的最大重量密度。大多数应用目前使用压缩氢气储存解决方案。然而，特别是如果用于移动和便携式应用，以高压力储存氢气会导致安全顾虑。

另一种选择是将氢气以固态储存。然而，以固态储存氢气需要满足一套难以实现的标准。用于评估潜在储氢材料的适用性的相关标准是例如材料的氢气容量(重量％； kg氢气/kg系统)、脱氢温度的温度范围、系统体积密度(g/L；kg氢气/L系统)、充填速率和排空速率如系统填充时间(燃料加注速率，kg/min)、储存系统成本($/kg 氢气)和操作循环寿命。

目前可用的固态储氢材料的形式(landscape)主要由金属氢化物、化学氢化物(也称为“化学氢气”)和为多孔固体的吸附剂构成。金属氢化物提供纯氢气，但是然而仅在高温下释放它并且是显著地空气敏感的。吸附剂的缺点是不适合移动应用的低操作温度，并且大多数实验研究还示出，这类储氢材料具有低的体积氢气密度和重量氢气密度，特别是在它们具有-180℃或更高的脱氢温度的情况下。化学氢化物材料具有中等脱氢温度，具有合适的氢气容量，但是可能释放有毒气体，这些有毒气体可能作为副产物使燃料电池催化剂中毒。换句话说，到目前为止，没有满足所有标准的可用材料，并且最佳性能的已知储氢材料的每一种都具有各自的优点和缺点。此外，可商购的固态储存罐相对重，并且罐的重量氢气密度典型地≤2wt.％。例如，来自Zoz有限公司的H₂-Tank2GO具有约3kg的总重量并且提供约1.2wt.％的重量氢气密度。

对于诸如飞行器的移动应用，特别是氢气容量和脱氢温度的温度范围是高度相关的。由于目前可用的固态储氢装置不能令人满意地满足这些要求，并且进一步，由于此类可用储存装置的相对高的重量，固态储氢尚未被考虑用于此类移动应用。