本公開(kāi)涉及一種固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置。

背景技術(shù)：

已積極進(jìn)行基于固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，以解決高壓氣態(tài)氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的當(dāng)前的低體積存儲(chǔ)密度問(wèn)題。

然而，基于金屬氫化物(其是一種固態(tài)氫存儲(chǔ)材料)的絡(luò)合氫化物是可逆的且具有高存儲(chǔ)能力，但是需要大約100℃的高溫環(huán)境以及持續(xù)的熱供應(yīng)以釋放氫。換言之，金屬氫化物在氫釋放和存儲(chǔ)反應(yīng)的可逆性方面是優(yōu)異的，但是難以實(shí)際使用，因?yàn)樗诟邷叵虏僮鞑⑶倚枰掷m(xù)的熱供應(yīng)以用于氫釋放。此外，在高溫下操作的這種固態(tài)氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行中。

在固態(tài)氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中，可安裝氫燃燒裝置或者可安裝熱交換器以改進(jìn)向其的熱供應(yīng)。在這種情況下，熱交換器可通過(guò)使用電池電力來(lái)加熱存儲(chǔ)容器。然而，這些解決方案由于能量損失而導(dǎo)致燃料效率的降低。

已進(jìn)行了關(guān)于通過(guò)改變?nèi)萜鲀?nèi)部的管道的熱交換翅片或類(lèi)型、尺寸、位置等或者改變氫存儲(chǔ)材料的加載方法來(lái)改善該問(wèn)題的研究。然而，這些解決方案由于系統(tǒng)重量的增加而導(dǎo)致重量存儲(chǔ)能力的降低。

因此，需要在使操作固態(tài)氫系統(tǒng)所需的熱的量最小化以及改進(jìn)重量存儲(chǔ)能力方面的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)已致力于提供一種固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置，該固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置具有能夠改進(jìn)熱效率和重量存儲(chǔ)效率的優(yōu)點(diǎn)。

本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式提供一種固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置，該固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可包括：第一存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料；反應(yīng)器，布置在第一存儲(chǔ)器中以便能夠在其中進(jìn)行不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)；以及燃料電池堆，其中，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)在反應(yīng)器中。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可用來(lái)在進(jìn)行水解時(shí)釋放熱。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m¹bh4、m²(bh4)2、m³(bh4)3、alh3、nh3bh3、nh4b3h8、nh2b2h5、nabp2h8或其組合，其中，m¹可表示li、na或k，m²可表示mg或ca，并且m³可表示al或ti。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是nabh4、nh3bh3或其組合。

可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m⁴alh4、m⁵(alh4)2、m⁶nh2、m⁷(nh2)2、li2nh、mgnh、鋰鎂酰胺、鋰鎂酰亞胺、m⁸h、m⁹h2、ti-cr-v合金、tife、pd-m¹⁰、li-m¹¹、mg-co合金、la-ni合金或其組合。

m⁴可表示li、na或al，m⁵可表示mg或ca，m⁶可表示li或na，m⁷可表示mg或ca，m⁸可表示li、na、k、rb或cs，m⁹可表示mg、ca、sc、ti或v，m¹⁰可表示ba、y或la，并且m¹¹可表示ti、v、zr、nb或hf。

可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是naalh4或包含mg(nh2)2和lih的復(fù)合材料。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的含量相對(duì)于可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料和不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的共計(jì)100wt％可在0wt％至33.2wt％的范圍中。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括供水管，該供水管具有連接至反應(yīng)器的第一側(cè)以及連接至燃料電池堆的第二側(cè)，以便將水供應(yīng)至反應(yīng)器。

本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式提供一種固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置，該固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可包括：第一存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料；反應(yīng)器，布置在第一存儲(chǔ)器中以便能夠在其中進(jìn)行不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)；燃料電池堆；以及第二存儲(chǔ)單元，用于在其中存儲(chǔ)不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料且連接至反應(yīng)器。

第二存儲(chǔ)單元可包括：第一單位存儲(chǔ)單元(firstunit-storageunit)，用于存儲(chǔ)不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料；以及第二單位存儲(chǔ)單元(secondunit-storageunit)，用于存儲(chǔ)在不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)之后生成的氧化物。

第一單位存儲(chǔ)單元和第二單位存儲(chǔ)單元中的每一個(gè)可包括兩個(gè)以上的第一單位存儲(chǔ)單元。

第一單位存儲(chǔ)單元和第二單位存儲(chǔ)單元中的每一個(gè)可被單獨(dú)替換。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括第一供應(yīng)管，該第一供應(yīng)管具有連接至第一單位存儲(chǔ)單元中的每一個(gè)的第一側(cè)以及連接至反應(yīng)器的第二側(cè)，以便將不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料供應(yīng)至反應(yīng)器。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括第二供應(yīng)管，該第二供應(yīng)管具有連接至第一供應(yīng)管的第一側(cè)以及具有燃料電池堆的第二側(cè)，以便將水供應(yīng)至第一供應(yīng)管。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括氣體/溶液分離器，該氣體/溶液分離器連接至反應(yīng)器，以便將在反應(yīng)器中所包含的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)中生成的氫氣與氧化物分開(kāi)。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括第三供應(yīng)管，該第三供應(yīng)管具有連接至反應(yīng)器的第一側(cè)以及連接至氣體/溶液分離器的第二側(cè)，以便將在反應(yīng)器中所包含的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)中生成的氫氣和氧化物供應(yīng)至氣體/溶液分離器。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括第四供應(yīng)管，該第四供應(yīng)管具有連接至氣體/溶液分離器的第一側(cè)以及連接至第二單位存儲(chǔ)單元的第二側(cè)，以便將來(lái)自氣體/溶液分離器的氧化物供應(yīng)至第二單位存儲(chǔ)單元。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可用來(lái)在進(jìn)行水解時(shí)釋放熱。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m¹bh4、m²(bh4)2、m³(bh4)3、alh3、nh3bh3、nh4b3h8、nh2b2h5、nabp2h8或其組合，其中，m¹可表示li、na或k，m²可表示mg或ca，并且m³可表示al或ti。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是nabh4、nh3bh3或其組合。

可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m⁴alh4、m⁵(alh4)2、m⁶nh2、m⁷(nh2)2、li2nh、mgnh、鋰鎂酰胺、鋰鎂酰亞胺、m⁸h、m⁹h2、ti-cr-v合金、tife、pd-m¹⁰、li-m¹¹、mg-co合金、la-ni合金或其組合。

m⁴可表示li、na或al，m⁵可表示mg或ca，m⁶可表示li或na，m⁷可表示mg或ca，m⁸可表示li、na、k、rb或cs，m⁹可表示mg、ca、sc、ti或v，m¹⁰可表示ba、y或la，并且m¹¹可表示ti、v、zr、nb或hf。

可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是naalh4或包含mg(nh2)2和lih的復(fù)合材料。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的含量相對(duì)于可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料和不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的共計(jì)100wt％可在0wt％至33.2wt％的范圍中。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括供水管，該供水管具有連接至反應(yīng)器的第一側(cè)以及連接至燃料電池堆的第二側(cè)，以便將水供應(yīng)至反應(yīng)器。

固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可用于車(chē)輛。

根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式，能夠提供一種能夠改進(jìn)其熱效率和重量存儲(chǔ)效率的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置。

根據(jù)本公開(kāi)的另一示例性實(shí)施方式，能夠提供一種有利于車(chē)輛裝載的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置的示意圖。

圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置中的氫存儲(chǔ)單元的示意圖。

圖3是示出根據(jù)本公開(kāi)的另一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置的示意圖。

圖4是示出根據(jù)本公開(kāi)的另一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置中的氫存儲(chǔ)單元的示意圖。

圖5是示出根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)單元的示意圖。

圖6是示出根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)單元的示意圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，將詳細(xì)描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施方式。然而，示例性實(shí)施方式僅是示例性的，而并非解釋為限制本公開(kāi)。本公開(kāi)僅通過(guò)如以下將描述的權(quán)利要求的范圍限定。

附圖和描述本質(zhì)上被視為是示例性的而非限制性的。貫穿說(shuō)明書(shū)，相同的參考標(biāo)號(hào)可表示相同的元件。

此外，為了更好地理解和便于描述，附圖中所示的每個(gè)構(gòu)造的尺寸及厚度可被任意示出，但本公開(kāi)不限于此。

在附圖中，為了清晰起見(jiàn)，層、膜、面板、區(qū)域等的厚度可被放大。在附圖中，為了更好地理解且便于描述，一些層和區(qū)域的厚度可被放大。應(yīng)理解的是，當(dāng)諸如層、膜、區(qū)域或基板的元件被稱為在另一元件“在......之上”時(shí)，其可直接在另一元件上或者也可存在中間元件。

此外，除非明確說(shuō)明相反，否則詞語(yǔ)“包括(comprise)”及諸如“包含(comprises)”或“含有(comprising)”等的變型將被理解為暗示包括所述元件但并不排除任何其它元件。此外，在本說(shuō)明書(shū)中，詞語(yǔ)“在......之上”意味著位于對(duì)象部分之上或?qū)ο蟛糠种?，而不一定意味著位于?duì)象部分的基于重力方向的上側(cè)。

在本說(shuō)明書(shū)中，重量存儲(chǔ)效率可表示包含在固態(tài)氫存儲(chǔ)材料中的氫的重量與固態(tài)氫存儲(chǔ)材料和存儲(chǔ)單元的總重量的比值。

圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置的示意圖。圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置中的氫存儲(chǔ)單元的示意圖。在下文中，將參考圖1和圖2描述根據(jù)本公開(kāi)的該示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置。

在本示例性實(shí)施方式中，固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可包括：第一存儲(chǔ)器1，被構(gòu)造為存儲(chǔ)可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料；反應(yīng)器2，布置在第一存儲(chǔ)器1中以便能夠在其中進(jìn)行不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)；以及燃料電池堆3。在這種情況下，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)在反應(yīng)器2中。然而，在第一存儲(chǔ)器1和反應(yīng)器2中，除了可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料和不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料以外還可存儲(chǔ)其他材料。

當(dāng)進(jìn)行水解過(guò)程時(shí)，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可用來(lái)釋放熱。

如上所述，可用作氫燃料源的金屬氫化物在氫氣釋放和存儲(chǔ)反應(yīng)的可逆性方面是優(yōu)異的。然而，金屬氫化物在大約100℃的高溫下操作并且需要持續(xù)的熱供應(yīng)以用于氫釋放。

在根據(jù)本示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置中，在反應(yīng)器中所包括的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)中生成的熱可直接傳遞至被構(gòu)造為存儲(chǔ)可逆氫存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)單元。因此，當(dāng)車(chē)輛最初起動(dòng)時(shí)，其中存儲(chǔ)有金屬氫化物的存儲(chǔ)單元可被快速加熱，由此改進(jìn)起動(dòng)性能。此外，能夠通過(guò)使用在不可逆氫存儲(chǔ)材料的水解過(guò)程中所生成的熱來(lái)降低熱交換器的大量熱消耗，由此改進(jìn)熱效率。

此外，由于在不可逆氫存儲(chǔ)材料的水解中生成的氫氣可供應(yīng)至燃料電池堆3以用作氫燃料，所以可改進(jìn)氫存儲(chǔ)裝置的總重量存儲(chǔ)效率。通常，用作主要?dú)淙剂显吹慕饘贇浠锵鄬?duì)于合金的總重量具有用于氫的大約2wt％的存儲(chǔ)量。然而，不可逆氫存儲(chǔ)材料可具有大約5wt％的高含量率。因此，能夠通過(guò)使用具有高重量存儲(chǔ)效率的不可逆氫存儲(chǔ)材料來(lái)改進(jìn)設(shè)備的總體氫存儲(chǔ)效率。

在本示例性實(shí)施方式中，固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括供水管4，該供水管被構(gòu)造為具有連接至反應(yīng)器2的第一側(cè)以及連接至燃料電池堆3的第二側(cè)，以便將水供應(yīng)至反應(yīng)器2。

能夠通過(guò)將在整個(gè)裝置中循環(huán)的冷卻劑等用作用于進(jìn)行不可逆氫化物的水解反應(yīng)的供水源來(lái)使裝置的效率最大化。

現(xiàn)在將描述包括不可逆氫化物的水解反應(yīng)的操作順序。用于水解的催化劑以及不可逆氫化物可存儲(chǔ)在反應(yīng)器中。在這種情況下，它們可存儲(chǔ)為簡(jiǎn)單混合物或存儲(chǔ)在多個(gè)容器(capsule，囊)中。這僅是實(shí)例，并且本公開(kāi)不限于此。當(dāng)水通過(guò)供水管供應(yīng)至反應(yīng)器時(shí)，可發(fā)生不可逆氫化物的水解反應(yīng)，由此釋放熱。熱可傳遞至包含在第一存儲(chǔ)器1中的可逆氫存儲(chǔ)材料，由此從可逆氫存儲(chǔ)材料中釋放氫。該操作順序僅是實(shí)例，并且本公開(kāi)不限于此。

當(dāng)通過(guò)水解反應(yīng)釋放氫時(shí)，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是在-40℃至100℃的可操作溫度范圍下操作的且相對(duì)于總材料重量具有5wt％或更大的重量存儲(chǔ)能力的氫存儲(chǔ)材料。在這種情況下，由水解反應(yīng)引起的摩爾熱值可高于由可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的氫釋放引起的熱吸收的摩爾量，由此促進(jìn)有效的熱供應(yīng)。其具體實(shí)例可包括絡(luò)合金屬氫化物、化學(xué)氫化物以及通過(guò)結(jié)合其兩種以上而獲得的復(fù)合材料。

例如，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m¹bh4、m²(bh4)2、m³(bh4)3、alh3、nh3bh3、nh4b3h8、nh2b2h5、nabp2h8或其組合。然而，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是具有上述特性的任意材料，且不限于此。

(m¹表示li、na或k，m²表示mg或ca，并且m³表示al或ti。)

例如，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是nabh4、nh3bh3或其組合。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是在-40℃至100℃的可操作溫度范圍下操作的且相對(duì)于總材料重量具有2wt％或更大的重量存儲(chǔ)能力的氫存儲(chǔ)材料。其具體實(shí)例可包括絡(luò)合金屬氫化物、金屬氫化物、儲(chǔ)氫合金以及通過(guò)結(jié)合其兩種以上而獲得的復(fù)合材料。

例如，可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m⁴alh4、m⁵(alh4)2、m⁶nh2、m⁷(nh2)2、li2nh、mgnh、鋰鎂酰胺(lithium-magnesiumamide)、鋰鎂酰亞胺(lithium-magnesiumimide)、m⁸h、m⁹h2、ti-cr-v合金、tife、pd-m¹⁰、li-m¹¹、mg-co合金、la-ni合金或其組合。然而，可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是具有上述特性的任意材料，且不限于此。

(m⁴表示li、na或al，m⁵表示mg或ca，m⁶表示li或na，m⁷表示mg或ca，m⁸表示li、na、k、rb或cs，m⁹表示mg、ca、sc、ti或v，m¹⁰表示ba、y或la，并且m¹¹表示ti、v、zr、nb或hf。)

例如，可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是naalh4或包含mg(nh2)2和lih的復(fù)合材料。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的含量相對(duì)于可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料和不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的共計(jì)100wt％可在0wt％至33.2wt％的范圍中。當(dāng)存在不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料時(shí)，可使用在其水解反應(yīng)中釋放的熱和氫。如果不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的含量過(guò)高，則熱釋放量變得大于裝置所需的總熱量。因此，可能需要冷卻，由此降低熱效率。

圖3是示出根據(jù)本公開(kāi)的另一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置的示意圖。圖4是示出根據(jù)本公開(kāi)的另一示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置中的氫存儲(chǔ)單元的示意圖。圖5是示出根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)單元的示意圖。圖6是示出根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)單元的示意圖。現(xiàn)在將參考圖3至圖6描述根據(jù)本示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置。

根據(jù)本示例性實(shí)施方式，固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可包括：第一存儲(chǔ)器1，被構(gòu)造為存儲(chǔ)可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料；反應(yīng)器2，布置在第一存儲(chǔ)器中以便能夠在其中進(jìn)行不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)；燃料電池堆3；以及第二存儲(chǔ)單元5，被構(gòu)造為在其中存儲(chǔ)有不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料且連接至反應(yīng)器。

然而，在第一存儲(chǔ)器1和第二存儲(chǔ)單元5中，除了可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料和不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料以外還可存儲(chǔ)其他材料。

不同于根據(jù)本公開(kāi)的上述示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置，在該固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置中，在反應(yīng)器2中未存儲(chǔ)不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料。通過(guò)該構(gòu)造，能夠通過(guò)在可逆氫存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)單元中唯一地包括不可逆材料的水解反應(yīng)器而將可逆氫存儲(chǔ)材料和存儲(chǔ)空間彼此分開(kāi)，由此改進(jìn)替換便利性。此外，能夠通過(guò)使用在不可逆氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)中釋放的熱和氫來(lái)促進(jìn)系統(tǒng)效率改進(jìn)和有效控制。

第二存儲(chǔ)單元5可包括：第一單位存儲(chǔ)單元6，被構(gòu)造為存儲(chǔ)不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料；以及第二單位存儲(chǔ)單元7，被構(gòu)造為存儲(chǔ)在不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)之后生成的氧化物。

本文中，如圖6所示，第一單位存儲(chǔ)單元6和第二單位存儲(chǔ)單元7中的每一個(gè)可包括可單獨(dú)替換的兩個(gè)以上的單位存儲(chǔ)單元。

圖5是示出根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)單元的示意圖。在圖5所示的傳統(tǒng)不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)單元中，當(dāng)氫被再填充時(shí)，可能需要替換所有不可逆材料。因此，可能難以將這種不可逆氫存儲(chǔ)材料應(yīng)用至車(chē)輛。

圖6是示出根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)單元的示意圖，并且不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)單元可形成為具有包括多個(gè)單位存儲(chǔ)單元的墨盒形式。因此，通過(guò)調(diào)整可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料與不可逆高容量材料的重量比，足以容易地替換不可逆材料的內(nèi)容物可包含在每個(gè)單位存儲(chǔ)單元中，由此促進(jìn)替換。因此，可改進(jìn)裝置的重量存儲(chǔ)效率、熱效率以及替換便利性。因此，能夠使用有利于車(chē)輛裝載的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置。

根據(jù)本公開(kāi)的另一示例性實(shí)施方式，固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括第一供應(yīng)管8，該第一供應(yīng)管被構(gòu)造為具有連接至第一單位存儲(chǔ)單元6中的每一個(gè)的第一側(cè)以及連接至反應(yīng)器2的第二側(cè)，以便將不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料供應(yīng)至反應(yīng)器2。固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括第二供應(yīng)管9，該第二供應(yīng)管被構(gòu)造為具有連接至第一供應(yīng)管8的第一側(cè)以及連接至燃料電池堆3的第二側(cè)，以便將水供應(yīng)至第一供應(yīng)管8。固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括氣體/溶液分離器10，該氣體/溶液分離器連接至反應(yīng)器2以便將在反應(yīng)器2中所包含的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)中生成的氫氣與氧化物分開(kāi)。此外，固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置可進(jìn)一步包括第三供應(yīng)管11，該第三供應(yīng)管被構(gòu)造為具有連接至反應(yīng)器2的第一側(cè)以及連接至氣體/溶液分離器10的第二側(cè)，以便將在反應(yīng)器2中所包含的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)中生成的氫氣和氧化物供應(yīng)至氣體/溶液分離器10。此外，固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置還可包括第四供應(yīng)管12，該第四供應(yīng)管被構(gòu)造為具有連接至氣體/溶液分離器10的第一側(cè)以及連接至第二單位存儲(chǔ)單元7的第二側(cè)，以便將來(lái)自氣體/溶液分離器10的氧化物供應(yīng)至第二單位存儲(chǔ)單元7。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可用來(lái)在水解過(guò)程中釋放熱。

如上所述，可用作氫燃料源的金屬氫化物在氫氣釋放和存儲(chǔ)反應(yīng)的可逆性方面是優(yōu)異的。然而，金屬氫化物在大約100℃的高溫下操作并且需要持續(xù)的熱供應(yīng)以用于氫釋放。這些問(wèn)題已變成其實(shí)際應(yīng)用的最大障礙。

在根據(jù)本示例性實(shí)施方式的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置中，在反應(yīng)器中所包含的不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)中生成的熱可直接傳遞至被構(gòu)造為存儲(chǔ)可逆氫存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)單元。因此，當(dāng)車(chē)輛最初起動(dòng)時(shí)，其中存儲(chǔ)有金屬氫化物的存儲(chǔ)單元可被快速加熱，由此改進(jìn)起動(dòng)性能。此外，能夠通過(guò)使用在不可逆氫存儲(chǔ)材料的水解中生成的熱來(lái)降低熱交換器的大量熱消耗，由此改進(jìn)熱效率。

因此，可改進(jìn)裝置的重量存儲(chǔ)效率、熱效率以及替換便利性。因此，能夠提供有利于車(chē)輛裝載的固態(tài)氫存儲(chǔ)裝置。

包括根據(jù)本公開(kāi)的一示例性實(shí)施方式的不可逆氫化物的水解反應(yīng)的操作順序可以如下。首先，可將不可逆氫存儲(chǔ)材料以單一狀態(tài)或與適當(dāng)?shù)娜軇┮黄鹨匀芤籂顟B(tài)存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)單元5中。然而，不可逆氫存儲(chǔ)材料可以各種適當(dāng)?shù)男问酱鎯?chǔ)以實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的目標(biāo)，且不限于此?？蓪⒋呋瘎┐鎯?chǔ)在反應(yīng)器2中以促進(jìn)不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的水解反應(yīng)。

可將存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)單元5的第一單位存儲(chǔ)單元6中的不可逆氫存儲(chǔ)材料供應(yīng)至第一供應(yīng)管8。在這種情況下，在第一供應(yīng)管8中，不可逆氫存儲(chǔ)材料可與從第二供應(yīng)管9供應(yīng)的水混合。然后，可將混合物通過(guò)第一供應(yīng)管8供應(yīng)至反應(yīng)器2，并且接觸包含在反應(yīng)器2中的催化劑。因此，可進(jìn)行水解反應(yīng)，由此釋放熱。該熱可傳遞至可逆氫存儲(chǔ)材料，并且因此氫可從可逆氫存儲(chǔ)材料釋放。然后，可將在水解反應(yīng)之后生成的氫氣和氧化物或氧化物溶液通過(guò)第三供應(yīng)管11傳遞至氣體/溶液分離器10。本文中，氫氣和氧化物可彼此分開(kāi)，并且氫氣可通過(guò)附加管道供應(yīng)至燃料電池堆3。可將諸如包含氧化物的氧化物溶液的材料通過(guò)第四供應(yīng)管12傳遞至被包括在第二單位存儲(chǔ)單元7中的存儲(chǔ)單元5。

本文中，第一單位存儲(chǔ)單元6和第二單位存儲(chǔ)單元7中的每一個(gè)可劃分為多個(gè)單位存儲(chǔ)單元以用于容易替換。例如，如果供應(yīng)包含在第一單位存儲(chǔ)單元6中的所有不可逆氫存儲(chǔ)材料，則輕量單位存儲(chǔ)單元可逐個(gè)移除并替換。此外，如果氧化物被完全填充在第二單位存儲(chǔ)單元7中，則該單位存儲(chǔ)單元可逐個(gè)移除并替換。此外，在第一存儲(chǔ)器1的主要金屬氫化物罐中填充氫時(shí)，能夠進(jìn)行容易替換。

該操作順序僅是實(shí)例，并且本公開(kāi)不限于此。

當(dāng)通過(guò)水解反應(yīng)釋放氫時(shí)，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是在-40℃至100℃的可操作溫度范圍下操作的且相對(duì)于總材料重量具有5wt％或更大的重量存儲(chǔ)能力的氫存儲(chǔ)材料。在這種情況下，由水解反應(yīng)引起的摩爾熱值可高于由可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的氫釋放引起的熱吸收的摩爾量，由此促進(jìn)有效熱供應(yīng)。其具體實(shí)例可包括復(fù)合金屬氫化物、化學(xué)氫化物以及通過(guò)結(jié)合其兩種以上而獲得的復(fù)合材料。

例如，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m¹bh4、m²(bh4)2、m³(bh4)3、alh3、nh3bh3、nh4b3h8、nh2b2h5、nabp2h8或其組合。然而，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是具有上述特性的任意材料，且不限于此。

(m¹表示li、na或k，m²表示mg或ca，并且m³表示al或ti。)

例如，不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是nabh4、nh3bh3或其組合。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是在-40℃至100℃的可操作溫度范圍下操作的且相對(duì)于總材料重量具有2wt％或更大的重量存儲(chǔ)能力的氫存儲(chǔ)材料。其具體實(shí)例可包括絡(luò)合金屬氫化物、金屬氫化物、儲(chǔ)氫合金以及通過(guò)結(jié)合其兩種以上而獲得的復(fù)合材料。

例如，可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是m⁴alh4、m⁵(alh4)2、m⁶nh2、m⁷(nh2)2、li2nh、mgnh、鋰鎂酰胺、鋰鎂酰亞胺、m⁸h、m⁹h2、ti-cr-v合金、tife、pd-m¹⁰、li-m¹¹、mg-co合金、la-ni合金或其組合。然而，可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是具有上述特性的任意材料，且不限于此。

(m⁴表示li、na或al，m⁵表示mg或ca，m⁶表示li或na，m⁷表示mg或ca，m⁸表示li、na、k、rb或cs，m⁹表示mg、ca、sc、ti或v，m¹⁰表示ba、y或la，并且m¹¹表示ti、v、zr、nb或hf。)

例如，可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料可以是naalh4或包含mg(nh2)2和lih的復(fù)合材料。

不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的含量相對(duì)于可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料和不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的共計(jì)100wt％可在0wt％至33.2wt％的范圍中。當(dāng)存在不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料時(shí)，可使用在其水解反應(yīng)中或在其水解反應(yīng)期間釋放的熱和氫。如果不可逆固態(tài)氫存儲(chǔ)材料的含量過(guò)高，則熱釋放量變得大于裝置所需的總熱量。因此，可能需要冷卻，由此降低熱效率。

以下實(shí)例更詳細(xì)地示出本公開(kāi)。然而，以下實(shí)例僅是示例性實(shí)例，并且本公開(kāi)不限于此。

實(shí)例

naalh4用作可逆氫存儲(chǔ)材料，并且nabh4用作不可逆氫存儲(chǔ)材料。如表1所示，可看出，通過(guò)一起使用可逆氫存儲(chǔ)材料和高容量不可逆氫存儲(chǔ)材料而顯著改進(jìn)重量存儲(chǔ)效率。此外，可看出，由于在不可逆氫存儲(chǔ)材料的水解中生成的熱量，當(dāng)在可逆氫存儲(chǔ)材料中以2g/s釋放氫時(shí)，另外需要的熱量顯著降低。

然而，當(dāng)不可逆氫存儲(chǔ)材料相對(duì)于共計(jì)100wt％超過(guò)33.2wt％時(shí)，作為水解結(jié)果的加熱值大于氫釋放所需的熱量。因此，另外需要冷卻。

(表1)

雖然已結(jié)合目前被視為實(shí)用的示例性實(shí)施方式描述了本公開(kāi)，但是應(yīng)理解的是，本公開(kāi)不限于所公開(kāi)的實(shí)施方式，而是相反地，本公開(kāi)旨在涵蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同配置。