[发明专利]一种气-固复合储氢罐

说明书

本发明公开了一种气‑固复合储氢罐，其包括外部罐体、内部罐体、储氢合金、导气管、内部循环水路、支撑板和氢气阀门。内部罐体由支撑板固定于外部罐体腔体内，支撑板焊接于内部罐体外壳上。装填有储氢合金的内部罐体，轴向设有多孔导气管，多孔导气管的两端设置有过滤器。本发明的气‑固复合储氢罐成本低廉，结构简单，制造容易，并且兼具固态储氢的高体积密度和高压气态储氢的良好放氢动态性能等特性，适合用于电网氢储能的大规模氢气存储。

技术领域

本发明涉及一种氢储能设备，具体涉及一种气-固复合储氢罐。

背景技术

随着经济发展和人口增加，人们对能源短缺、气候变化和环境污染等日益关注，能源安全和环境保护是全球关注的焦点问题。积极发展智能电网，推动清洁能源大规模利用，实现低碳经济以适应未来可持续发展的要求，已成为当今世界能源科技发展的最新动向。但是，当风能、太阳能等可再生能源发电成为支撑电网的主要来源时，这些间歇性和随机性的能量会对电网产生冲击，大规模可再生能源发电并网困难已成为当前新能源及电网发展的瓶颈之一。因此，迫切需要发展大容量、高功率、长寿命、高安全和低成本的储能技术，以保障电网系统的安全稳定，同时实现可再生能源的充分利用。

电网氢储能技术是一种清洁、环保、高效的长效储能技术，被认为能够有效解决新能源稳定并网问题，并大幅度降低碳排放，同时小型高效氢能系统也可以用于电动汽车、变电站备用电源、紧急救援供电车等。氢储能系统涉及电解制氢、储氢、燃料电池发电、控制系统等几大环节，其中，大规模、安全、高效、低成本的储氢技术是氢储能系统的难点和关键，并在氢储能系统中起承上启下的作用。标准状况下，氢的密度为0.0899g L^-1，体积能量密度仅为0.01066MJ L^-1，如何高效地存储氢气是氢储能技术得以实际应用的技术瓶颈。

储氢方式按照氢的存在状态分类可分为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。高压气态储氢是指氢气通过高压压缩的方式储存在高压罐里。这种储氢方式简单易行，操作方便，充放氢在常温即可进行且速率快，当压力不太高时(20MPa以下)，成本较低，其缺点是储氢密度低，占用空间大。为了提高高压气态储氢方式的储氢密度，往往通过增加储存压力来实现，但其弊端是一方面对罐体材料提出了较高要求，例如35MPa高压储氢罐采用碳纤维缠绕复合罐，会使成本急剧上升，另一方面，压力过高也存在一定安全隐患，同时也相应增加了压缩能耗。将氢气温度降至20K以下的低温液态储氢方式，是将气态氢气液化储存于液态储罐中。这种储氢方式具有比高压气态储氢更高的储氢密度，但是，低温液态储氢方式仍存在对储存容器的隔热要求极高，液化耗能太大(大约占储存能量的1/3)，液氢容易挥发，成本高等问题。固态储氢是一种基于储氢材料的可逆氢化/脱氢反应的储氢方式，储氢材料一般装填在储氢罐中使用，储氢材料可存储相当于其自身体积1000～3000倍的氢气，具有体积储氢密度大、工作压力低、安全性好等优点。但是，由于固态储氢的吸放氢过程依赖于储氢材料的氢化/脱氢反应，其吸放氢动态性能不如高压气态储氢方式好，并对储氢罐的传热性能和储氢材料的反应动力学性能较依赖。

现阶段，结合高压气态储氢方式和固态储氢方式的气-固复合储氢方式有着高效、安全、高性能的特点，是较有应用前景的。相比于高压气态储氢，气-固复合储氢的体积储氢密度更高；相比于固态储氢，气-固复合储氢的吸放氢动力学性能更优越。因此，气-固复合储氢是一种综合储氢性能更优越的储氢方式。

对于气-固复合储氢，日本丰田公司研制出了针对车载应用的35MPa气-固复合储氢系统，储氢量可达7.3kg，罐体体积180L，罐体重量420kg，5分钟可充氢80％。北京有色金属研究总院于2014年也研制出用于加氢站用的45MPa气-固复合储氢系统。