船用金属氢化物储氢技术研究综述

金属氢化物储氢是一种基于化学吸收原理的氢气储存方法,具有高体积储氢密度和高安全性的特点,在船舶储氢领域的应用潜力备受关注。在此背景下,对于金属氢化物储氢技术在船舶上的应用,有着材料性能、反应器性能、热管理系统、成本等一系列有待研究的问题。首先,对金属氢化物储氢技术进行归纳,总结梳理金属氢化物的工作原理及材料性能方面的研究进展,并介绍金属氢化物在船舶上的应用情况;然后,结合氢能船舶的应用环境及需求,分析金属氢化物储氢技术在船舶上应用的技术、经济可行性,并以满足氢能船舶对氢气储量和放氢速率要求为目标,介绍船用金属氢化物储氢系统的研究,包括储氢系统性能研究、储氢反应器结构、反应器结构优化、耦合船舶燃料电池的热管理系统和储氢系统设计思路;最后,结合上述研究内容,对船用金属氢化物储氢系统的研究方向进行总结与展望。

利用LBM方法模拟金属氢化物储氢罐内氢气脱附的传热与传质

采用一个二维数学模型来评估金属氢化物储氢罐中氢气脱附过程中的传热和传质。模拟采用了具有D2Q9结构的格子玻尔兹曼方法(LBM),对加热流体温度、出口压力及流体与金属氢化物罐之间的对流传热系数等操作参数进行了研究,以确定它们对脱附过程性能的影响。加热液体的温度对脱附过程有重大影响。随着流体温度的升高,由于床层温度大幅上升,氢气脱附量急剧增加。此外,出口压力的降低也会显著加快脱附速度。在对流系数达到一定量前,氢气脱附会得到加强。

11 m氢燃料大巴金属氢化物储氢装置更换方案探究

本文对于金属氢化物储氢装置在11m氢燃料大巴上的更换技术进行阐述,其中包括换氢站的搭建、换氢框体总成及部件的介绍、换氢操作流程、管阀及锁止机构工作原理和换氢技术方案。同时,对换氢站全生命周期成本进行分析。本研究对于后续换氢系统部件的开发、验证和推广建设具有指导意义。

金属氢化物柱内氕氘间的排代

在ZrCo,LaNi5,LaNi4 .7Al0 .3和Pd等常用金属的氢化物上 ,进行了气 固间氕氘的一维相互排代实验 ,结果表明 :排代效果与温度、气相流速、固相比表面积及分离因子等因素有关 ;室温下Pd氢化物具有最好的排代性能 ,其次是LaNi5,LaNi4 .7Al0 .3,ZrCo。理论研究表明 ,气 固界面的同位素交换规律决定排代效果 ,排代流出曲线可以用塔板理论模型来描述 ,塔板高度是排代效果优劣的标志。决定塔板高度的首要因素是交换平衡程度 ;同等交换平衡程度下 ,氢同位素效应对板高有重要影响。

电化学阻抗法测定金属氢化物电极中氢的扩散系数

应用电化学阻抗法测定了不同荷电状态 (SOC)和不同温度下MlNi3.75Co0 .65Mn0 .4 Al0 .2 金属氢化物电极中氢的扩散系数 .结果表明 :室温下该电极中氢的扩散系数随其荷电量的增大而减小 ,SOC为 5 0 %时氢的扩散系数随温度的升高而增大 ,相应的氢扩散活化能为

小型氢储能金属氢化物反应器结构设计

金属氢化物固态储氢技术由于其体积储氢密度高、状态稳定和损耗低,适合于大规模、长时间的能量存储。建立了小型氢储能金属氢化物反应器的有限元仿真模型,从结构设计的角度研究了不同结构参数对金属氢化物反应器性能的影响规律。结果表明:在相同换热结构体积和合金质量的前提下,翅片数量越多,反应器半径越细,冷却管半径越粗,传热能力越好,吸氢性能越好。

金属氢化物热泵和空调

对金属氢化物基本循环及其派生的复杂循环进行了分类,介绍了一般金属氢化物循环的优缺点,提出了循环的性能指标。在此基础上,分析了金属氢化物循环的关键技术,例如粉末化、反应器传热、P-C-T曲线等问题,并讨论了组成金属氢化物反应对和循环时选择金属氢化物的标准。

金属氢化物电极和金属氢化物/镍电池的电化学阻抗谱

用电化学阻抗谱 (EIS)方法 ,对金属氢化物 (MH)电极和两种商品化金属氢化物 /镍(MH/ Ni)电池性能进行了研究 .通过建立等效电路模型分析了 MH电极的电化学阻抗谱 .结果表明 ,在不同放电深度和充放电循环时 ,电极的欧姆阻抗、反应电阻和界面电容等呈规律地变化 ,并与电极性能的变化相一致 .欧姆阻抗和由制备工艺带来的电极反应性能的差别 ,是引起两种商品化 MH/ Ni电池电化学充放电性能差别的主要原因 .也说明 ,EIS可用于检测 MH电极的荷电状态和反应性能 ,并可作为在线无损伤 MH/ Ni电池性能测试技术 .

含金属氢化物的复合推进剂能量特性

为考察金属氢化物燃料对复合推进剂能量特性的影响,基于丁羟三组元和四组元配方体系,采用最小自由能原理方法,对配方进行了化学平衡性能计算,获得了金属氢化物对标准理论比冲贡献的最优值。采用金属氢化物逐步取代真实复合推进剂配方中的铝粉,并对能量特性参数和推进剂密度进行了分析,为高能复合推进剂研制提供参考。

金属氢化物反应器的设计与过程模拟

针对工业废热回收装置的要求，提出了一种新型的环盘式化学热泵反应器．该反应器采用多组配对环盘装填金属氢化物，环盘面积取壳体截面积的50％～80％，具有结构紧凑、反应传热均匀、工业调控方便等优点．应用多元价值取向模型进行的多种反应器方案的系统评估表明，新型反应器的综合评价指标优度为0．898，明显优于其他类型．采用有限容积法对描述反应器动态过程的非局部热平衡模型进行了离散求解，模拟结果证明新型反应器的工作过程较为快速和均匀，操作周期在0．5h内，适用于工业热能的回收利用；同时，为平衡氢化／脱氢过程反应传热的不对称性，应尽可能强化氢化传热过程与脱氢反应过程．

金属氢化物氢化/脱氢反应动力学模型研究进展

从一般气固反应过程开始,介绍了金属氢化物的氢化/脱氢反应特性及其控制机理。通过从表观模型到微观模型的相关进展分析,对动力学模型的研究工作进行了总结。并概述了测定金属氢化物氢化/脱氢反应动力学常用的实验技术以及相关的数据处理和分析。最后对现有模型存在的不足作出了总结,并对未来的金属氢化物氢化/脱氢反应动力学模型研究进行了展望。

金属氢化物氢压缩器用Ti-Mn/Ti-Cr多元储氢合金

根据金属氢化物的热力学特性,储氢合金可应用于热驱动化学氢压缩器。针对热驱动化学氢压缩器用储氢合金的要求,系统研究了Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢性能,研究了Cr/Mn比,Fe部分取代Cr,Zr部分取代Ti以及A侧过化学计量对Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢容量、吸放氢平台特性(包括压力、滞后和平台倾斜度等)、热力学性能、活化和动力学性能的影响,筛选出一对性能优良的储氢合金(Ti0.95Zr0.15)(Mn1.1Cr0.7V0.2)和(Ti0.95Zr0.07)(Cr1.4Mn0.4Fe0.1Cu0.1)分别作为两级热驱动化学氢压缩器的低压级和高压级合金。以此2合金设计制作了氢容量为50L的压缩器,以水作为热交换介质可将压力为2.5MPa氢气压缩到40MPa以上。

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002m2.K/W减小到0.000 5m2.K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5%;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.

金属氢化物-镍电池的回收与循环再利用

介绍了国内外废旧电池的回收概况以及火法和湿法回收金属氢化物 -镍电池的工艺流程。指出传统的火法或湿法回收工艺复杂 ,成本高 ,有价金属回收率低 ,且使用各种化学试剂又会对环境造成二次污染。提出在系统分析金属氢化物 -镍电池失效原因的基础上 。

燃料电池用金属氢化物贮氢罐的研究

金属氢化物贮氢罐是燃料电池的侯选氢源之一 ,由于其安全性好、体积贮氢密度高、提供的氢气纯度高 ,因此在小型燃料电池及某些特定环境 (如潜艇、电动铲车 )的应用中具有极强的竞争力。北京有色金属研究总院研制开发出可分别与 3kW ,2 0 0W及 30W燃料电池配套的多种类型贮氢罐 ,成功地应用在电动摩托车。

金属氢化物电极的化学活化

通过对Mm（NiMnCoAl）5电极的化学活化处理提高了金属氢化物电极的容量、电催化活性、活化性能和快速放电能力；讨论了化学活化处理对金属氢化物电极电化学性能的影响；在活化剂KBH4作用下，金属氢化物表面的氧化物技还原，在活化过程中一部分氢原子贮入合金之中，增加了电极的比表面，文中试验了这种活化方法对Ni／MH电池封口化成的作用，测试结果表明封口化成的AA型Ni-MH电池性能与开口化成电池的性能相当，其容量达到1050～1150mAh，1C、3C、SC信率下放电容量分别达到0．2C下的96．7％、89．0％、83．8％

金属氢化物氢化／脱氢反应动力学测量技术研究进展

金属氢化物是一种应用广泛的新兴功能材料,能够实现大量氢气的可逆吸放过程,相应的反应动力学研究是一个广受关注的热点问题。本文概述了测定金属氢化物反应动力学常用的各种实验技术,包括定容法和热分析法等,分析了不同实验系统测量误差的产生和消除,总结了各种技术的特点和不足,并对新技术的发展趋势进行了展望。

金属氢化物-镍电池用隔膜的研究进展

评述了尼龙纤维、丙纶纤维和维纶纤维等氢镍电池用隔膜的性能。对这些聚合物进行改性处理,可以改善隔膜的亲水性和吸碱能力,从而提高隔膜的性能。具有OH^-交换功能的聚合物隔膜可以将电解液完全吸附于其中,使电解液中的氢氧根只能在隔膜中自由移动,同时阻止电池正、负极金属离子向对方的迁移,从而有效降低电池自放电及延长电池循环寿命。指出聚合物隔膜将成为未来隔膜的研究重点,其中选择合适的骨架材料,探索合适的接枝条件,提高聚合物链段的运动能力是今后的研究方向。

金属氢化物柱内氢同位素的快速排代

为寻找能实现快速排代的金属氢化物,对ZrCo、LaNi_5、LaNi_(4.7)Al_(0.3)和Pd材料的填充柱进行了氢氘间的一维排代实验研究,结果表明:排代速率与温度、固相比表面积及分离因子等因素有关;室温下Pd氢化物具有最快的排代速率,其次是LaNi_5,LaNi_(4.7)Al_(0.3),ZrCo。通过微观的气-固交换过程分析,定性揭示了影响排代速率的因素和条件。高流速排代实验证明,用Pd作柱填充材料,可以实现氢同位素的快速排代。

金属氢化物高温蓄热技术的研究进展

金属氢化物高温蓄热技术在太阳能热发电、工业余热利用和电力调峰等场合具有广阔的应用前景。本文介绍了金属氢化物高温蓄热装置的各种系统形式,总结了其在试验样机、高温金属氢化物材料和理论与数值模拟研究3个方面的研究进展。最后总结了现有研究在材料开发与匹配、反应器仿真与优化设计以及蓄热系统动态分析中存在的问题,并对未来的金属氢化物高温蓄热技术研究进行了展望。