[发明专利]氢储存系统

说明书

氢储存系统（4），用于不利用加热工具而被动排放氢气，其包括：每个包含至少一个金属氢化物（MH）储存材料的多个氢储存罐（6、6a、6b），连接到储存罐的氢气流回路（8），以及包括布置为用于测量每个储存罐中的压力和温度的压力传感器（P）和温度传感器（T）的控制系统，气流回路包括将所述多个储存罐分别结合到氢储存系统的入口（10）、出口（12）的阀（V、V1…Vn），其中入口和出口可以是共同的或可以是分开的。至少第一材料储存罐包括第一组成的第一金属氢化物（MH1），至少第二材料储存罐包括第二组成的第二金属氢化物（MH2）。

技术领域

本发明涉及用于使用金属氢化物储存氢的装置和方法。

背景技术

氢储存是通过可再生能源的化石燃料技术脱碳中的关键步骤。已经考虑多种储存方法，包括加压气体、氢液化和固体材料吸收。

由于许多金属和合金能够可逆地吸收大量的氢，因此金属氢化物对于在低压下储存氢非常有利，由此可达到高达150kgH₂/m³的高体积密度。

分子氢在吸收前在表面处离解。然后两个H原子在解吸时重新组合成H2。通过压力-组成等温线描述从气态氢形成氢化物的热力学方面，如图1a和1b所示，其示出了金属氢化物中H₂的典型吸收和解吸等温线。材料中的氢吸收反应通常是放热的(产生热)，而氢解吸反应是相反地吸热的(吸收热)。金属氢化物系统的低压和热力学提高了系统的安全水平：在容器故障的情况下，氢将缓慢地释放，该过程受到吸热的解吸反应的热限制。

因此，与压缩气体或液化H₂储存系统相比，金属氢化物储存系统安全、可靠且紧凑。此外，它们需要的维护最少并且寿命长。

然而，金属氢化物储存的特点在于平稳区域，在此大范围的浓度的压力变化很小或可以忽略不计，如图1c最佳地所示。与其他压缩或液化氢储存方法不同，平稳区域的压力测量不允许准确确定金属氢化物系统的充注状态。

准确确定充注状态是在各种应用中实施固体吸收的主要限制之一。这是由于大多数吸附材料的行为。大多数等温吸附过程的特点是压力组成等温线(pcl)，如图1a至1c所示。一方面，充注状态的大部分变化发生在仅有很小的压力变化的平稳区域。这在图1c中被描述为“充注状态的难检测”。另一方面，有两个区域，在此很小的充注变化意味着系统压力的大变化，其中系统接近空或接近满。这在图1c中被描述为“充注状态的易检测”。

现有氢储存方法的另一个挑战与有限的操作温度范围有关。典型的氢储存系统在最大燃料压力PF和最小氢释放压力PR之间工作，其中PFPR。然而，吸附系统的压力高度依赖于温度。因此，操作温度范围通过每种氢储存材料的固有热力学性质受到所述材料的限制，因此限制它在发生显著温度梯度的许多应用中(诸如季节性储存或移动车辆上的储存)的使用。

燃料压力PF可以例如通过所使用的电解槽的类型来限制。商用电解槽的典型压力输送高达30巴或略高于30巴。大多数设备输送高达10至15巴的氢。所需的最小氢输送压力取决于具体应用。在例如质子交换膜燃料电池(PEMFC)的情况下，操作压力通常接近大气压力。单一材料的操作温度范围由这两个压力限定。

已知的是，不同的金属氢化物具有不同的操作压力范围。可利用这个特性，为给定应用选择合适的材料。这种特性也在用于补充压缩气体罐的氢压缩机中利用，其中已知在不同的罐中具有多种不同的金属氢化物，依次加热这些不同的罐以进行解吸，使得随着压缩气体罐中的压力增加，从低压金属氢化物罐到高压金属氢化物罐依次进行解吸。US2005/0003246中描述了这样的系统。然而，可以注意到的是，与被动(即非热驱动的/未加热的)氢储存罐相比，由于为产生所需的出口压力和为控制系统而实施的加热和冷却系统所需的增加的体积和成本，氢压缩机不太适合于氢储存。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑、安全且易于使用和维护的氢储存系统。