金属有机架构物Cu-BTC低温吸附储氢数值模拟研究

物理吸附储氢具有安全性能高、储氢密度大及充放氢速率快的优势,是一种极具应用潜力的储氢方式,其中金属有机架构物(MOFs)材料凭借其高度有序的孔隙结构和可调控特性已成为理想的吸氢材料。为探究吸附储氢过程热效应对储氢性能的影响,首先建立了吸附储氢数值模型并进行验证,随后对比分析了Cu-BTC与活性炭AX-21的储氢特性,并探究不同温度下Cu-BTC的储氢能力。计算结果表明:相较于AX-21,采用Cu-BTC作为吸附剂材料,常温下储氢量提升了12.8%;将储氢温度降至77 K时,Cu-BTC储罐的最高压力降至0.97 MPa,储氢质量相较于常温300 K提升了174%。以上结论可为Cu-BTC材料储氢研究提供参考。

金属有机架构物(MOFs)吸附储氢系统强化传热措施分析

选择MIL-101(Cr)并由溶剂热法合成,通过氢吸附平衡测试、在内容积为0.5 L储罐内进行充放氢试验和数值模拟,比较储罐内吸附床在添加膨胀石墨(ENG)和布置蜂巢状传热装置(HHED)下的储放氢性能。研究发现,在77.15~87.15 K、0~6 MPa范围,Toth方程预测氢在MIL-101(Cr)及其与ENG复合试样上吸附平衡数据的平均相对误差小于3.2%,氢在试样上的平均等量吸附热均为2.88 kJ/mol。77.15 K、0~3.5 MPa时,在与船舶燃料电池电力推进系统典型载荷适配的氢流率下,建立的二维数学模型对充气过程的数值模拟结果与测试值之间的平均相对偏差小于2%;与添加10 wt%的ENG相比,布置HHED的有效放气时间缩短14.3%、累计放气量增多15.5%、脱附率(DR)提高2.2%,在3.5 MPa时的可利用容积比率(UCR)提高10.6%。船用金属有机架构物(MOFs)储氢系统可选择布置HHED以缓解充放氢过程的热效应。