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干貨丨什么是固態(tài)合金儲氫?


發(fā)布時間:

2022-06-02

自然界中某些金屬具有很強的捕捉氫的能力,在一定的溫度和較低的壓力條件下,這些金屬能夠大量“吸收”氫氣,反應(yīng)生成金屬氫化物,同時放出熱量。其后,將這些金屬氫化物加熱,它們又會分解,將儲存在其中的氫釋放出來。這些會“吸放”氫氣的金屬,稱為儲氫合金。

  自然界中某些金屬具有很強的捕捉氫的能力,在一定的溫度和較低的壓力條件下,這些金屬能夠大量“吸收”氫氣,反應(yīng)生成金屬氫化物,同時放出熱量。其后,將這些金屬氫化物加熱,它們又會分解,將儲存在其中的氫釋放出來。這些會“吸放”氫氣的金屬,稱為儲氫合金。

  主要類別

  常用的儲氫合金有鈦錳系、鑭鎳系(LaNi)、鈦鐵系(TiFe)、鎂系等,其中適合車輛使用的材料主要是鈦錳系。

  主要用途

  

固態(tài)合金儲氫應(yīng)用領(lǐng)域

 

  選用AB2型

  AB5材料:目前大量用于制造鎳氫電池;

  AB2材料:有效儲氫密度較AB5更高,適合車載儲氫應(yīng)用。

  鎂系具有高儲氫容量和多循環(huán)充放次數(shù)但需要在高溫(350℃)工作,在車上難以實現(xiàn)。

  

固態(tài)合金儲氫材料對比

 

  

AB2充放氫結(jié)構(gòu)示意圖

 

  高低壓儲氫差異

  低壓固態(tài)合金AB2儲氫裝置單元,5MPa(約等于50個大氣壓),有效儲氫量為8.4kg,體積376.9L。

  

固態(tài)合金儲氫

 

  常規(guī)高壓氣態(tài)儲氫罐組單元,35MPa(約等于350個大氣壓),有效儲氫量為9.5kg,體積1295.8L。

  

高壓氣態(tài)儲氫

 

  相同體積下,固態(tài)低壓合金儲氫裝置和高壓氣態(tài)儲氫罐相比

  1、壓力降低為高壓氣瓶的1/7。

  2、可有效儲存的氫氣質(zhì)量為高壓氣瓶的3倍。

  合金儲氫的優(yōu)勢

  大幅降低運營成本

  簡化加氫站建設(shè),無需高壓加壓設(shè)備,減少前期投入;

  對閥體等部件要求降低,降低成本和故障率;

  氫氣原料成本降低,從而降低車輛使用成本。

  壓力低,確保車輛安全性

  采用合金儲氫的燃料電池客車,儲氫瓶內(nèi)壓力低于5MPa,相當(dāng)于高壓儲氫壓力的七分之一。

  儲氫質(zhì)量密度提升空間大

  針對日行300公里續(xù)航需求的9米公交車研發(fā)的第一臺佳華利道合金儲氫系統(tǒng)產(chǎn)品,通過測試顯示儲氫質(zhì)量數(shù)據(jù)達(dá)到16.8公斤,高于研發(fā)預(yù)期,未來隨著新材料研發(fā)和制造工藝的成熟,儲氫質(zhì)量密度有望得到更大的提升。

  更高的循環(huán)使用壽命

  實現(xiàn)大于5000次的循環(huán)充放,足夠覆蓋客車使用生命周期,降低用戶運營維護成本。車輛報廢后,合金可回收再利用

  儲氫體積密度高

  同樣體積下可有效儲存的氫氣質(zhì)量為高壓氣瓶的3倍,給予車輛更大的布局空間,對于今后小型化車型的應(yīng)用具有廣闊的空間。

  合金儲氫的劣勢

  比高壓儲氫系統(tǒng)重

  以9米公交車(續(xù)航300km配置)為例,采用固態(tài)合金儲氫系統(tǒng)將比高壓儲氫系統(tǒng)重1噸左右。

  但相對于純電動公交車還是輕1噸以上。

  低壓儲氫系統(tǒng)造價貴

  由于固態(tài)合金儲氫的罐體內(nèi)部填充了大量合金,其購置成本相對高壓儲氫系統(tǒng)確實貴1倍左右(樣品階段)。

  對于車輛成本投入應(yīng)考慮購置成本、使用成本及附屬加氫站的基礎(chǔ)建設(shè)投入(下圖詳細(xì)介紹)

  

固態(tài)儲氫加氫站和高壓氣態(tài)加氫站對比
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