氢能与燃料电池 课件 化工第六章 储氢技术.pptx

第六章 储氢技术 6.1 分子态储氢2输氢网络在美国的输氢网络 (1600公里)欧洲输氢网络(1500公里)最小泵功率(打气功率)P = 8 · π · l · v2 · ηl是管道的长度，v是气体的速率，η是动态粘度输氢管道（钢管） 2?天然气重整集中制氢后经管网输运和分配的示意图 2H2与天然气的比较氢气的体积能量密度是在相同压力下天然气体积能量密度的36％。为了输送相同的能量，氢通量必须是天然气通量的2.8倍。 但是，氢的粘度（8.92×10-6 Pa·s）显着小于天然气的粘度（11.2×10-6 Pa·s）。因此，相同能量的氢气传输功率比天然气的传输功率应大2.2倍。 6.1.1 储氢2问题： 1.氢的同位素有哪些? 2.它们的原子结构是什么? 3.自然界中能找到多少氘和氚? 4.氢气为什么会对其他元素产生矛盾的相互作用行为？ 26.1.1 储氢Fig. 6.1氢的相图。液态氢仅存在于固相线和从13.9K的三相点到32K的临界点的区域(Leung, March, and Motz (1976), Ref. [2]). 6.1.1 储氢2氢储存系统的设计准则氢吸收和释放的可逆性降低巨大的氢气体积1 kg H2 (0℃, 1at) 占地面积 ? m3 六种可逆储存氢的方法2储存媒介Volumetric density体积密度(kg H2·m-3)Gravimetric density质量密度(mass%)压力(bar)温度(K)方法max. 3313800298复合材料高压气罐（已成熟态属氢化物2047065物理吸附150181298复杂氢化物(可逆性?)100141298碱性物质+H2O 26.1.1.1 高压气瓶高压罐系统35MPa tank70MPa tank不同罐壁厚度GFRP：玻璃纤维增强聚合物Liner:内衬 hoop：箍，环 lap:一圈20M Pa80M Pa 2Fig. 6.3 高压氢气的体积密度作为气体压力的函数（含理想气体和液态氢）。钢的抗拉强度为460MPa，右侧坐标为容器壁的厚度与容器的外径之比。容器示意图见插页。 氢的体积密度随压力的增加而增加，并在2000bar达到最大值，这取决于材料的抗拉强度。 2Fig. 6.4 高压气体的体积和重量储氢密度。钢（拉伸强度σv= 460MPa，密度6500kgm-3）和假设的复合材料（σv= 1500MPa，密度3000kgm-3）。 图中黑色圆点代表Dynetek的高压储氢容器数据。 重量储氢密度随着压力的增加而降低，并且在零超压时为最大重量储氢密度！ 因此，压力升高引起体积储氢密度的升高，是以牺牲重量储氢密度为代价的。 2丰田Mirai的70MPa储氢罐 2Fig. 6.5 0℃时几种气体的Z-P曲线图6.5列举了几种气体在0℃时压缩因子随压力变化的关系，可见氢气的压缩因子随压力的增加而增大。 2高压氢气的压缩方式Fig. 6.6 往复式压缩机工作原理Fig. 6.7 膜式压缩机工作原理Fig. 6.8回转式压缩机的工作原理 6.1.1.2 液态氢储存2氢气液化过程Fig. 6.5 焦耳-汤姆逊循环。气体被压缩、一次预冷，然后在热交换器处二次预冷,再通过节流阀,经历等焓焦耳-汤姆逊膨胀,产生部分液体。超低温气体从液体中分离出来，通过热交换器返回压缩机。 2液化方法 (a) 简易林德法 (b) 氦气布雷顿法 (c) 氢气克劳德法 2液态氢储存容器由于热泄漏，来自液态氢储存容器的氢的气化率是容器的形状、尺寸和绝热性的函数。 建议使用奥氏体不锈钢（例如AISI 316L和304L）或铝和铝合金（5000系列）。 也可以使用聚四氟乙烯（PTFE，特氟龙）和2-氯-1,1,2-三氟乙烯（Kel-F）。0.06%20000m30.2%100m30.4%50m3双壁真空绝缘球形杜瓦瓶的蒸汽损失 2液氢储罐的结构设计圆柱形液氢储罐结构示意图Lewis研究中心的液氢储罐液态氢通常用液氢储罐来存储，其外形一般为球形和圆柱形。 2麦格纳斯太尔和宝马公司开发的车载液氢罐系统1 外箱2 内罐3 连轴器(Johnston-Cox)4 加热器5 热交换器6 低温灌装阀7 低温回流阀8 压力调节阀9 关闭阀10 蒸发阀11 安全减压阀12 支柱13 液位传感器Linde公司放在德国Autovision博物馆的液氢储罐样品 2液氢容器的材料为了适应液氢储罐在车载储氢等领域的应用，在保持容器强度的同时减小容器的重量(即容器的轻量化)，以及提高重量储氢效率，是液氢储罐设计的基本原则。材 料密度ρ/(g/cm3)强度σ/MPa导热系数λ/(W/m·K)比热容/(J/kg·K)性