第28卷第5期 2009年5月
特约专栏
刘晓鹏博士
中国材料进展 MATERIALS CHINA
金属氢化物储氢装置研究
刘晓鹏'，蒋利军，陈立新2
（1.北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所，北京100088）
（2.浙江大学材料科学与工程学系，浙江杭州310027）
Vol.28No.5 May.2009
摘要：用有限差分法和二维导热模型计算了四柱形金属氢化物储氢装置内部储氢过程的温度场分布，结果表明空气换热翌储氢装置内部的合金反应床存在明最的温度梯度场，吸氢时储氢装置中心部位的温度最高，需要强化其芯部换热条件，以提高储氢装置的储放氢性能。对比研究了铸态以及甩带快萍工艺制备TiVa.4:Fe.osMnLs合金吸放氢循环寿命，表明甩带快锌工艺可以显著提高储氢合金的吸放氢循环性能。以甩带快萍工艺制备的TiVa.4iFee.oMn1.s合金为工质的储氢装置，经过 3600次吸放氢循环后的容量保持率达到94%以上。
关键词：金属氢化物；储氢装置；储氢性能；传热传质性能
中图分类号：TG139*.7
文献标识码：A文章编号：1674-3962(2009)050035-03
StudyonMetalHydrideCanister LIU Xiaopeng',JIANG Lijun',CHEN Lixin
(1. Research Institute of Energy Material & Technology Institute, General Research
Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China)
(2. Department of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
Abstract: The temperature field of the inner cylindrical canister was simulated by using finite difference method and 2D heat transfer model during the hydrogenation process. It is showed that a temperature gradient is distributed obviously in the metal hydride bed, and the centric place of the canister has the highest temperature. Therefore, heat assembled in the centric place must be intensively transferred to improve the hydrogen storage properties of the metal hydride canister. In order to improve the hydrogen absorption/desorption cycle performance of the canister, the cycle life of as-cast and melt-spinning TiVa 4, Feo. os Mn,.s alloy was comparatively studied. It is indicated that the cycle life of the melt spinning alloy is considerably longer than that of the as-cast one, The canister prepared by using melt-spinning TiVa.4, Fea os Mng.s alloy has 94% of the hydrogen storage capacity after 3600 cycles.
Key words: metal hydride; canister; hydrogen storage property; heat and mass transfer
1前言
氢以燃烧效率高、燃烧产物洁净等突出优点成为重要的二次能源。安全、高效的氢气储存和输运技术是氢能规模化利用必须解决的关键问题。与高压气态和液态储氢方式相比，以储氢合金为介质的金属氢化物储氢装置具有体积储氢密度高、储存氢压低、放氢纯度高、安全性好和使用寿命长等优点。世界上第一台金属氢化物储氢装置始于1976年，采用Ti-Fe系储氢合金为工质，
收稿日期：20090509
基金项目：国家863资助项目（2006AA05Z144）；国家973资助项
目(2010CB631305)
通信作者：刘晓鹏，男，1974年生，博士，高级工程师
储氢容量为2500L。经过三十几年的发展，金属氢化物储氢装置已经应用于许多领域，如氢气的安全贮运系统、燃氢车辆的氢燃料箱、电站氢气冷却装置、工业副产氢的分离回收装置，氢同位素分离装置、燃料电池的氢源系统等。质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术日益成熟，带动了金属氢化物储氢装置的快速发展。1996 年日本丰田公司首次将金属氢化物储氢装置用于PEM-FC电动汽车的车载氢源。德国开始采用以金属氢化物储氢装置为氢源的燃料电池系统作为其AIP型潜艇的常规动力，目前该类型潜艇已经量产，具有更好的隐蔽性。国内的固态储氢技术与装置研究始于上世纪70年代末，研究单位包括北京有色金属研究总院、浙江大学、中科院上海微系统与信息技术研究所等，单体储氢容量从15L至100Nm多种规格，主要应用于氢气的