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船用金属氢化物储氢技术研究综述

中国舰船研究 2024年

作者：胡磊李勃成袁裕鹏童亮武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉理工大学交通与物流工程学院可靠性与新能源研究所

金属氢化物储氢是一种基于化学吸收原理的氢气储存方法，具有高体积储氢密度和高安全性的特点，在船舶储氢领域的应用潜力备受关注。在此背景下，对于金属氢化物储氢技术在船舶上的应用，有着材料性能、反应器性能、热管理系统、成本等... 详细信息

金属氢化物储氢是一种基于化学吸收原理的氢气储存方法，具有高体积储氢密度和高安全性的特点，在船舶储氢领域的应用潜力备受关注。在此背景下，对于金属氢化物储氢技术在船舶上的应用，有着材料性能、反应器性能、热管理系统、成本等一系列有待研究的问题。首先，对金属氢化物储氢技术进行归纳，总结梳理金属氢化物的工作原理及材料性能上的研究进展，并介绍金属氢化物在船舶上的应用情况；然后，结合氢能船舶的应用环境及需求，分析金属氢化物储氢技术在船舶上应用的技术、经济可行性，并以满足氢能船舶对氢气储量和放氢速率要求为目标，介绍船用金属氢化物储氢系统的研究，包括储氢系统性能研究、储氢反应器结构、反应器结构优化、耦合船舶燃料电池的热管理系统和储氢系统设计思路；最后，结合上述研究内容，对船用金属氢化物储氢系统的研究方向进行总结与展望。

关键词：船舶储氢金属氢化物储氢性能反应器设计热管理

利用LBM方法模拟金属氢化物储氢罐内氢气脱附的传热与传质

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电工技术 2024年第7期 17-21,29页

作者：蔡江昊王乃潇樊小朝程友良华北电力大学动力工程系河北保定071003 华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室河北保定071003 新疆工程学院能源工程学院新疆乌鲁木齐830000

采用一个二维数学模型来评估金属氢化物储氢罐中氢气脱附过程中的传热和传质。模拟采用了具有D2Q9结构的格子玻尔兹曼方法(LBM),对加热流体温度、出口压力及流体与金属氢化物罐之间的对流传热系数等操作参数进行了研究,以确定它们对脱... 详细信息

采用一个二维数学模型来评估金属氢化物储氢罐中氢气脱附过程中的传热和传质。模拟采用了具有D2Q9结构的格子玻尔兹曼方法(LBM),对加热流体温度、出口压力及流体与金属氢化物罐之间的对流传热系数等操作参数进行了研究,以确定它们对脱附过程性能的影响。加热液体的温度对脱附过程有重大影响。随着流体温度的升高,由于床层温度大幅上升,氢气脱附量急剧增加。此外,出口压力的降低也会显著加快脱附速度。在对流系数达到一定量前,氢气脱附会得到加强。

关键词： LaNi_(5) 金属氢化物格子玻尔兹曼方法

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金属氢化物储氢系统动态建模与性能分析

西北工业大学学报 2023年第4期41卷 794-801页

作者：朱丹王晗吴声权冯智赵轩长安大学汽车学院陕西西安710064 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

金属氢化物储氢系统具有体积密度大、安全性高、氢气纯度高等优势,能够满足燃料电池汽车的储氢与供氢需求,是最具发展前景的储氢方式之一。通过建立金属氢化物储氢系统吸收和释放氢气过程动态模型与热交换模型,结合实验测试,研究其在不... 详细信息

金属氢化物储氢系统具有体积密度大、安全性高、氢气纯度高等优势,能够满足燃料电池汽车的储氢与供氢需求,是最具发展前景的储氢方式之一。通过建立金属氢化物储氢系统吸收和释放氢气过程动态模型与热交换模型,结合实验测试,研究其在不同反应过程中的动态性能。研究表明:当环境温度在一定范围内,低温有助于氢气吸收,而高温能够提高氢气释放的动力性;增大氢气流速、降低储氢材料体积分数有助于提高氢气吸收与释放效率。

关键词：燃料电池汽车车载储氢金属氢化物动态建模性能分析

内置双螺旋结构换热管金属氢化物反应器的传热性能

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工程科学与技术 2023年第3期55卷 209-216页

作者：牟晓锋袁晟毅鲍泽威黄卫星四川大学化学工程学院四川成都610065

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的单进–出口的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的3维数学模型,并采用COMSOL Multiphysics 5.2a软件进行求解。首先,通过热阻分析发现,在不同换热流体... 详细信息

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的单进–出口的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的3维数学模型,并采用COMSOL Multiphysics 5.2a软件进行求解。首先,通过热阻分析发现,在不同换热流体入口平均流速(0.5~3.0 m/s)下,导程为15 mm的单螺旋换热管管内对流传热热阻占总热阻的百分比为8.5%~45.2%,这表明管内对流传热热阻对反应器的传热性能有很大影响。然后,研究了换热流体入口平均流速对反应器传热性能的影响,确定了模拟中换热流体入口平均流速的范围,对比分析了单、双螺旋结构对反应器性能的影响。结果表明:当换热流体入口平均流速大于0.5 m/s时,能达到较好的换热效果,换热流体的平均真实温升趋于稳定。减小螺旋导程可以明显提高换热流体的平均真实温升及反应器的传热和输出性能。对于导程为60 mm的单、双螺旋结构管,床层平均温度降至300 K所用时间分别为7000 s和3000 s。导程为30 mm的双螺旋结构管的单位重量输出㶲功率比导程为15 mm的单螺旋结构管更高,可见双螺旋结构管反应器的传热和输出性能均优于单螺旋结构管反应器。双螺旋结构管具有更大的换热面积,在反应器床层内的位置分布更加均匀,从而提升了反应器的传热和输出性能。

关键词：金属氢化物反应器螺旋管双螺旋结构传热性能

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金属氢化物热泵技术的研究进展

现代化工 2022年第11期42卷 27-32页

作者：李旭杰冯荣李泽泉崔红康芹赵星辰陈芸剑单鹏悦陕西理工大学机械工程学院陕西汉中723001 陕西省工业自动化重点实验室陕西汉中723001

首先对金属氢化物热泵系统工作的内在机理进行了详细阐述,对于金属氢化物材料种类及其性质进行了重点描述,在此基础上,又对通过压缩机或者热驱动进行工作的金属氢化物热泵的功能属性做了分析,并进一步梳理系统中核心部件反应器的发展现... 详细信息

首先对金属氢化物热泵系统工作的内在机理进行了详细阐述,对于金属氢化物材料种类及其性质进行了重点描述,在此基础上,又对通过压缩机或者热驱动进行工作的金属氢化物热泵的功能属性做了分析,并进一步梳理系统中核心部件反应器的发展现状,展望了未来待深入研究的关键技术。

关键词：金属氢化物热泵反应器换热器

金属氢化物静态氢压缩装置中高压氢和氢化物对罐壁材料的作用影响

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材料科学与工程学报 2023年第6期41卷 885-889,918页

作者：金宸张亚军郑元红斯高峰李寿权王新华浙江大学材料科学与工程学院硅及先进半导体材料全国重点实验室浙江杭州310027 浙江明贺钢管有限公司浙江德清313200

金属氢化物静态氢压缩装置是利用储氢合金介质的热力学特性将氢气由低压增至高压,其临氢罐体材料会受到高压氢和金属氢化物的双重作用影响,但国内外尚未见相关研究报道。本研究首先采用自主研制的高压缩比增压储氢合金设计制作了“高压... 详细信息

金属氢化物静态氢压缩装置是利用储氢合金介质的热力学特性将氢气由低压增至高压,其临氢罐体材料会受到高压氢和金属氢化物的双重作用影响,但国内外尚未见相关研究报道。本研究首先采用自主研制的高压缩比增压储氢合金设计制作了“高压氢+金属氢化物”共存环境的材料临氢处理装置,然后以S31254不锈钢作为罐壁材质研究对象,对比研究了单纯高压氢(50MPa)和“高压氢+金属氢化物”两种临氢环境以及临氢处理温度对罐壁材料的影响作用。通过力学性能测试和氢热脱附谱分析发现,两种临氢环境下高压氢均会渗入罐壁材料基体,从而对罐壁材料的力学性能产生不利影响;金属氢化物的存在会加快高压氢渗入罐壁材料基体的速度,尤其当临氢处理温度超过100℃以上时,其影响作用逐渐变得显著,样品断裂延伸率明显减小,但未出现氢脆现象,表明S31254材料具有较好的抗氢脆性能。因此,当金属氢化物静态氢压缩装置采用S31254不锈钢作为罐壁材质时,建议其操作运行温度应控制在100℃以下。

关键词：金属氢化物高压氢氢脆热脱附谱

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基于金属氢化物储氢的热管理技术研究进展

石油炼制与化工 2023年第9期54卷 8-17页

作者：程涛杨雪林伟中石化石油化工科学研究院有限公司北京100083

金属氢化物(MH)储氢系统的热管理是保障MH系统吸放氢性能的关键因素之一。MH材料的低有效导热系数为热量传输带来了极大的挑战。迄今为止,在理论和实验工作中已经研究了各种热管理技术以提高吸放氢速率和容量。从床体导热系数增强设计... 详细信息

金属氢化物(MH)储氢系统的热管理是保障MH系统吸放氢性能的关键因素之一。MH材料的低有效导热系数为热量传输带来了极大的挑战。迄今为止,在理论和实验工作中已经研究了各种热管理技术以提高吸放氢速率和容量。从床体导热系数增强设计、传热面积增强设计、热交换器设计和热量供给策略等角度全面总结和回顾了近年来报道的MH储氢热管理方案,重点关注传热性能和吸放氢性能的变化,考察不同热管理方案的优势和劣势。最后,对未来的MH储氢系统设计提供了一些建议。

关键词：金属氢化物热管理传热增强氢气吸放

金属氢化物氢压缩器用Ti-Mn/Ti-Cr多元储氢合金

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稀有金属材料与工程 2007年第12期36卷 2216-2219页

作者：王新华陈如柑李寿权陈立新葛红卫方国华陈长聘浙江大学浙江杭州310027

根据金属氢化物的热力学特性,储氢合金可应用于热驱动化学氢压缩器。针对热驱动化学氢压缩器用储氢合金的要求,系统研究了Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢性能,研究了Cr/Mn比,Fe部分取代Cr,Zr部分取代Ti以及A侧过化学计量对Ti-Mn系... 详细信息

根据金属氢化物的热力学特性,储氢合金可应用于热驱动化学氢压缩器。针对热驱动化学氢压缩器用储氢合金的要求,系统研究了Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢性能,研究了Cr/Mn比,Fe部分取代Cr,Zr部分取代Ti以及A侧过化学计量对Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢容量、吸放氢平台特性(包括压力、滞后和平台倾斜度等)、热力学性能、活化和动力学性能的影响,筛选出一对性能优良的储氢合金(Ti0.95Zr0.15)(Mn1.1Cr0.7V0.2)和(Ti0.95Zr0.07)(Cr1.4Mn0.4Fe0.1Cu0.1)分别作为两级热驱动化学氢压缩器的低压级和高压级合金。以此2合金设计制作了氢容量为50L的压缩器,以水作为热交换介质可将压力为2.5MPa氢气压缩到40MPa以上。

关键词：储氢合金金属氢化物氢氢压缩器

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浅谈金属氢化物储氢及常用的金属储氢材料

应用化工 2022年第10期51卷 2975-2978,2984页

作者：高媛禹国军张利智黄德家上海海事大学商船学院上海201306 苏州UL美华认证有限公司江苏苏州215127

综述了具有安全性能高、储氢密度大和便于运输优点的金属氢化物储氢技术及其常用材料,主要包括综述镧系、钛系、镁系和锂系等不同金属储氢材料国内外应用现状;介绍了金属氢化物材料的储氢原理、容量和动力学行为,表明通过加入适当的催... 详细信息

综述了具有安全性能高、储氢密度大和便于运输优点的金属氢化物储氢技术及其常用材料,主要包括综述镧系、钛系、镁系和锂系等不同金属储氢材料国内外应用现状;介绍了金属氢化物材料的储氢原理、容量和动力学行为,表明通过加入适当的催化剂以及通过引入具有改善的表面性质的缺陷的球磨,可以提高材料动力学性质和循环寿命。提出通过改善金属氢化物的热行为和循环行为,研发具有竞争性的高容量储氢材料。

关键词：氢能源固态储氢金属氢化物储氢原理