[发明专利]一种金属氢化物贮氢装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及是一种金属氢化物贮氢装置及其制造方法，属于氢气的贮存、输送和压缩技术领域。

背景技术

氢是一种理想的洁净燃料和未来的重要二次能源。目前实际应用的氢气贮存与输送的方式主要有三种：即高压容器贮氢、液氢贮罐贮氢以及氢化物贮氢装置固态贮氢。用金属氢化物贮氢装置贮存、输送氢气的突出优点是安全性好，单位重量贮氢密度远高于高压容器和液氢贮罐。

把金属氢化物贮氢合金放入一个带阀门的容器内就可构成一个金属氢化物贮氢装置。容器内的贮氢合金在吸、放氢气的过程中存在热效应，热效应值因贮氢合金不同而异，通常为20～80千焦耳/摩尔。要维持贮氢装置内贮氢合金的吸、放氢的顺利进行，就必须向贮氢装置输入热量或从贮氢装置导出热量。贮氢合金在吸氢转变为氢化物时会产生体积膨胀，体积膨胀率通常为10～25％，并逐渐粉化为微米级的细粉。

目前存在的问题是：一方面，由于金属氢化物粉末本身的导热性很差(与玻璃、砂石的导热性相当)，不能及时向贮氢装置内输入热量或从贮氢装置输出热量，使得吸入氢气时贮氢合金温度急剧升高，放出氢气时贮氢合金温度又快速下降，从而造成吸放氢速度缓慢甚至停止；另一方面，贮氢合金细粉的流动性好，在吸放氢操作过程中，因受氢气流的驱动会在贮氢装置内容易形成局部过量堆积，并导致容器变形或破坏。因此，有效改善贮氢装置内粉体的传热性能和防止粉体的局部过量堆积，便成了需要解决的关键问题。

文献《M.Ron and M.Elemelach.Heat transfer characteristics of porousmetallic matrix metal-hydrides.Proceeding of International Symposium onHydrides for Energy Storage，Pergamon，Oxford，1978，pp.417-430.》和文献《M.Ron，D.Gruen，M.Mendelsohn and I.Sheft.Preparation and properties of porousmetal hydride compacts.Journal of the Less-Common Metals，Vol.74，1980，pp.445-448.》中报道了一种金属氢化物贮氢合金粉末压块烧结技术。即采用不吸氢的金属粉末，如铝粉、铜粉、镍粉与贮氢合金粉末混合烧结方法，由于烧结物不能提供材料吸氢膨胀所需的空间，结果实验失败了。后来改成了对贮氢合金预先进行数次至数十次吸放氢操作，然后在吸氢状态下通入SO₂，使合金中 毒以保持体积膨胀状态，再进行压块烧结的工艺。虽然此法压块经1000次吸放氢循环而不碎裂，但制备过程复杂，而且贮氢合金经中毒和烧结，会使贮氢容量降低15％以上。

文献《Qi-dong Wang，Jing Wu and Hui Gao.Vacuum sintered porous metalHydride Compacts.Z.füer Phys.Chem.，Vol.164，1989，pp.1367-1372.》中报道了另一种烧结方法。即将金属氢化物贮氢合金与铝粉及造孔剂构成混合料，并压制成块状；再经60～80℃烘烤去除大部分造孔剂后，在真空下烧结定型。该压块经1000次循环吸放氢而不发生碎裂。省略了预先多次吸放氢循环和“中毒”操作，而且工序简化，成本降低，但贮氢容量仍降低15％左右。

文献《H.Ishikawa，K.Oguro，A.Kato，H.Suzuki and E.Ishii.Preparation andproperties of hydrogen storage alloy-copper microcapsules.Journal of theLess-Common Metals，Vol.107，1985，pp.105-110.》中提供了一种镀铜-压块的制备方法。金属氢化物贮氢合金粉经敏化处理后放入镀铜溶液中镀铜；镀覆后的贮氢合金粉末在真空或者氩气中加热释放出氢气(镀铜过程中合金粉吸收的氢)；然后在100～1000MPa压力下压制成块状。镀铜之前，贮氢合金粉必须预先进行10次以上的吸放氢循环，以确保合金粉化充分和粒度稳定，避免镀铜后的合金粉因吸氢膨胀而破坏镀层。显然，该方案增加了10次以上的吸放氢操作和镀铜工序，成本明显提高，且镀覆的铜层不能吸氢，贮氢容量也下降了10％以上。