[发明专利]一种复杂金属氢化物蒸汽水解制氢测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及氢化物材料制氢性能的评定领域，特别是一种用于复杂金属氢化物蒸汽水解制氢的测试系统。

背景技术

随着化石能源的逐步枯竭和全球环境的恶化，人们越来越关注绿色新能源技术。氢能具有许多优点，包括燃烧热值高，燃烧产物为水，干净清洁，资源丰富，可以由水制取，实现自然物质的循环利用。目前，各国竞相研究以氢为能源的燃料电池汽车技术，但是该技术瓶颈之一在于如何获得满足汽车运行要求的储氢系统。为此美国能源部（DOE）制定了非常严格的燃料电池汽车储氢系统的FreedomCAR计划，其中包含的两项重要的技术指标是重量储氢量，或者称为比能（specific energy）,以及体积储氢量，或者称为能量密度（energy density）。FreedomCAR计划要求到2015年储氢系统的比能要达到0.09kgH₂/kg储氢系统，能量密度达到0.081H₂/L储氢系统。这些要求是基于系统的质量和容积的，即不仅包含储氢材料本身，而且还包含反应器，高压容器，阀门以及所有的附属设备。因此，这两项指标对储氢系统所使用的储氢材料的性能提出了很高的要求。

目前，只有潜在的几类储氢材料能够满足要求，其中包括复杂金属氢化物，如NaBH₄、LiBH₄等。这些材料需要通过水解反应放出氢气。以NaBH₄为例，通过水溶液水解析氢反应式为：NaBH₄+(2+x)H₂O→4H₂+NaBO₂·xH₂O+△H。该反应是放热反应，水溶液中经常通过加入催化剂或者促进剂来提高放氢动力学和氢气产率。在理想情况下，2mol的水可以产生4mol的氢气，但是实际过程中，水溶液水解反应需要大量的过剩水，这无疑对满足FreedomCAR计划的比能和能量密度要求是非常不利的。根据FreedomCAR计划的两项指标进行计算可以得出过剩水x的数值最多不能超过0.84，而NaBH₄水溶液的浓度极限为35wt%，对应的过剩水x的数值是1.9。因此，可以确定通过水溶液水解的方式在理论上已无法满足FreedomCAR计划2015年的指标要求的。为此需要改变制氢的方式，而复杂金属氢化物蒸汽水解制氢在理论上是能够满足这样的要求。

为此，需要建立一套复杂金属氢化物蒸汽水解制氢测试系统和相关检测方法以评估不同复杂金属氢化物材料在含有不同促进剂和催化剂的水蒸气中水解的放氢速率和产率，从而筛选出能够满足要求的低成本的储氢材料和蒸汽水解剂的配方。

发明内容

本发明的目的就是为检测不同复杂金属氢化物材料在含有不同促进剂和催化剂的水蒸气中水解的放氢速率和产氢率，提供一种复杂金属氢化物蒸汽水解制氢测试系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种复杂金属氢化物蒸汽水解制氢测试系统，该测试系统包含气路系统和测控系统，气路系统实现对气体的流动控制，测控系统实现对温度和流量数据的采集和控制，其特征是所述测控系统设有测温仪表、控温仪表、流量计、流量控制计、气相色谱、柱塞泵、数据采集及控制装置、计算机以及装在计算机上的控制软件；所述气路系统设有高纯N₂瓶、高纯H₂瓶、减压阀、过滤器、球阀、流量控制计、止回阀、蒸馏水水箱、柱塞泵、蒸发器、盘管、伴热带、保温棉、氢化物反应床、电炉、玻璃棉塞、蛇形冷凝管、低温水浴、广口瓶、气体干燥器、气相色谱、流量计、量筒、不锈钢管；

所述高纯N₂瓶通过不锈钢管与出入口带有压力显示表的第一减压阀相连，第一减压阀通过不锈钢管与第一过滤器相连，第一过滤器通过不锈钢管与第一球阀相连，第一球阀通过不锈钢管与第一流量控制计相连，第一流量控制计通过不锈钢管与第一止回阀相连，第一止回阀通过不锈钢管和三通接头与主气管相连；

所述高纯H₂瓶通过不锈钢管与出入口带有压力显示表的第二减压阀相连，第二减压阀通过不锈钢管与第二过滤器相连，第二过滤器通过不锈钢管与第二球阀相连，第二球阀通过不锈钢管与第二流量控制计相连，第二流量控制计通过不锈钢管与第二止回阀相连，第二止回阀通过不锈钢管和三通接头与主气管相连；