[发明专利]一种固态储氢装置

说明书

本发明公开了一种固态储氢装置，包括储氢棒、罐体、过滤片、阀门、头部缓冲层和底部缓冲层，底部缓冲层装填于罐体的底部，储氢棒堆叠于底部缓冲层的上部，头部缓冲层装填于罐体的头部，过滤片设于阀门与头部缓冲层之间；储氢棒为外形规整的棒状结构，储氢棒的组分包括储氢合金、导热剂以及粘结剂，储氢棒通过批混工艺将不同组分均匀混合后再通过模压机压制而成。本发明中，储氢棒装填过程简单，依次装填即可，过程高效，且具备良好的自动化潜力；制备储氢棒时，氢合金粉末和导热剂直接搅拌混合，保证了储氢合金粉末材料与导热剂充分接触，以及通过粘结剂将两者紧密结合，具备良好的导热性和整体的牢固性，避免了储氢合金粉末的内部移动及富集。

技术领域

本发明涉及储氢技术领域，具体涉及一种固态储氢装置。

背景技术

目前，已实用化的储氢方式主要有三种：气态储氢、液态储氢以及基于金属储氢合金的固态储氢。与其他储氢方式相比，固态储氢技术具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是储氢技术发展的重要方向。固态储氢罐的外形与气态、液态储氢罐的外形相似，所不同的是罐体装载大量金属储氢合金材料。现阶段，合金储氢及储氢装置存在的主要问题包括：

(1)热效应问题

充/放氢过程中伴随剧烈的产/吸热效应。理想情况下，储氢合金材料一般可在3-5分钟内完成充放氢，但热效应的产生会直接影响充放氢速度。例如，LaNi5储氢合金材料在充/放氢过程中，均伴随30.8kJ/molH₂的产/吸热效应，导致材料本身的温度急剧上升/下降。这也直接导致了充/放氢过程中氢气平台压的变化，大大降低了材料的充/放氢速度。储氢合金材料通常为粉末态，其粒径越小，充/放氢速度越快，但过细的粉末导致了整体导热性能降低。因此，通过优化设计保证储氢装置快速的吸热及散热，是提高储氢装置充放氢性能的关键。

(2)体积效应问题

储氢合金材料充氢后的体积会产生一定的膨胀，直接对储氢容器产生机械应力。如LaNi5储氢合金材料在充氢完成后，将产生约25％的体积膨胀。产生的应力可能导致储氢装置容器产生不可逆转的塑性变形甚至破裂。而储氢合金材料初始填充不均匀或使用过程产生位移后，储氢合金材料粉末储氢装置内部的局部区域富集，也将导致罐体局部区域的应力集中，使得罐体在这些区域中更易发生塑性变形，直至破裂失效。因此，通过优化设计保证储氢合金材料粉末的均匀分布，是保证固态储氢罐安全使用及延长使用寿命的关键。

此外，金属储氢合金通常为粉料，且具备一定的化学活性，存在扬尘、爆燃的风险。装配过程中操作难度较高，不利于大规模的生产及制造。例如，CN110788329A中公开了“含碳复合储氢合金及其制备方法、复合固态储氢罐及储放氢性能测试方法”，使用多种导热良好的粉末状碳材料，具备良好的放氢性能。CN110788330A、CN110788331A中，导热剂的使用也均采用粉末状材料。由于涉及多种粉末材料，这些方法都存在粉末扬尘及区域富集的风险。

综上所述，如何开发一种散热性能良好且体积效应相对较小固态储氢装置，避免扬尘及爆燃的风险，以便于装填操作并实现储氢合金材料能够长期保持均匀分布，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种固态储氢装置，包括储氢棒1、罐体2、过滤片3、阀门4、头部缓冲层5和底部缓冲层6，其特征在于，底部缓冲层6装填于罐体2的底部，储氢棒1堆叠于底部缓冲层6的上部，头部缓冲层5装填于罐体2的头部，过滤片3设于阀门4与头部缓冲层5之间；所述储氢棒1为外形规整的棒状结构，所述储氢棒1的组分包括储氢合金、导热剂以及粘结剂，所述储氢棒1通过批混工艺将不同组分均匀混合后再通过模压机压制而成。

优选地，所述储氢棒1中，储氢合金材料的质量比例为80％-95％之间，导热剂的质量比例为1％-10％之间，粘结剂的质量比例为2％-10％之间。