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Application note

金属氢化物储氢

氢燃料卡车、公交车或汽车与我们每天看到越来越多的普通电池驱动的“电动”汽车有着非常密切的关系。氢燃料汽车也是电动汽车,但动力方式有所不同:氢和氧在燃料电池中反应产生电能,为电动机提供动力。电池驱动的汽车从预先充电的锂电池中获取能量,而氢燃料汽车的氢通常储存在车载加压罐中。

为了达到最大能量密度,储存的氢气需要被压缩,压力高达700bar,以便实现有限容积内容纳足够里程数的氢气。此类储氢箱需要足够强度来承受高压,并且不会渗透氢气,以防止气体泄漏。为了避免与极端压力相关的安全问题,同时更好地避免压缩氢气时浪费能源,我们正在寻找此类储罐的替代品。

DLR,位于斯图加特的德国航空航天中心,正在研究用于燃料电池或汽车的氢气储存替代方法。为了将氢气储存在金属氢化物容器中,DLR通过Bronkhorst分销商Wagner Mess- und Regeltechnik得到一套控制氢气进入容器并测量容器中释放氢气量的解决方案。

金属氢化物储氢

应用要求

在金属氢化物容器中,氢通过金属合金和气态氢气之间的可逆化学反应来储存。固体金属氢化物就像海绵一样吸收和释放氢气。为了研究在何种工艺条件下氢气的装卸效果最好,需要对氢气流量和工艺压力进行精确测量和控制。目前正处于研发阶段,需要充分记录设定值和测量值,以便进行分析。

重要议题

  • 流量压力控制
  • 可重复性
  • 安全储氢
  • 较传统储存相对较低压力下使用

工艺方案

Bronkhorst解决方案包含金属氢化物容器入口和出口的流量仪表。使用IN-FLOW 系列流量计组合Vary-P阀门将氢引入金属氢化物中。将金属氢化物容器控制在一定压力下,以便考察储存反应。

在金属氢化物容器的入口和出口侧使用IN-PRESS系列压力控制器结合Vary-P阀以控制压力。出口侧的平行阀为球阀,用于将压力降至大气压。

PROFIBUS-DP 协议用于Bronkhorst设备和装置控制部分之间的通信、设定值设置以及测量参数读取,以便在后期分析。整套装置符合ATEX Zone 2要求。

研究的重点是降低压力,从而使氢气处理更加安全。研究中使用的环境压力可达100bar,但30 bar是金属氢化物容器的典型操作压力。储氢是放热过程,过程中产生的热量必须被消散。另一方面,释放反应是吸热的,意味着只有在提供足够的热量时才会释放氢气。这导致了氢气在金属氢化物化合物中的固有安全性。

研究的参考变量通常是压力。在金属氢化物容器的入口侧,压力控制器和质量流量控制器作为流量压力控制器一起工作。引入氢气时,出口侧阀门关闭,储氢开启。释放氢气时,入口侧关闭,出口侧阀门打开。完整的实验是循序渐进的过程:首先引入氢气,然后检查在一定条件下可以装载多少,引入的氢在金属氢化物中的稳定性如何,以及这个过程的重复性如何。在释放氢气时,研究在一定条件下氢气的释放量。

稳定性和重复性是释放过程的关键。

金属氢化物储氢工艺流程

金属氢化物储氢应用案例