公告/发布日期:2025/03/17

米乐m6官方网站 高性能低成本储氢合金罐的开发

-通过重新利用现有热交换器和独特的氢扩散结构,可以实现高速储氢-

积分

  • 热介质流路控制可以使用通用热交换器进行氢存储和释放过程中的热管理
  • 通过使用以平面方式将氢气引入罐内的氢气扩散板,可以实现高速填充和排出
  • 获得的结果可以作为降低成本的储氢合金罐的新设计指南

概览图

高性能、低成本储氢合金罐发展概况


摘要

米乐m6官方网站(以下简称“AIST”)可再生能源研究中心高级研究员远藤茂树、首席研究员奥村正彦和特定技术总监铃木康正正与清水株式会社(以下简称“清水株式会社”)合作开发高性能、低成本的产品储氢合金罐

氢气有望成为一种清洁且可持续的能源。储氢合金由于安全性高,预计将在城市地区大量引入,为此所需的储氢合金罐将需要具有更高的性能和更低的成本。

这次,我们开发了一种通用热介质流量控制技术,用于将氢存储和释放到储氢合金中所需的热管理热交换器的性能并通过使用将氢气引入罐区的氢扩散板进一步提高储氢性能,成功开发出成本较低的高速储氢合金罐。

这项技术未来有望进一步推广氢气在城市地区的使用,包括利用氢气供热。

该技术的详细信息将于 2025 年 3 月 1 日公布。国际氢能杂志


发展的社会背景

氢气在获取能量时使用二氧化碳2,因此有望通过与太阳能、风能等可再生能源相结合来创建可持续能源系统。促进这一目标的挑战之一是降低氢气生产和储存的成本。目前已经提出了多种储存方法,技术也在开发中,但使用吸氢合金罐的方法安全性高,可以长期稳定地储存氢气,因此即使在城市地区,通过安装吸氢合金罐也可以储存大量的氢气。然而,《高压气体安全法》规定,产生的氢气必须在大约一小时内快速填充到储氢合金罐中。

需要先进的热管理来快速填充和释放氢气到储氢合金罐中。当氢储存在合金中时会产生大量的热量,但是如果合金的温度由于该热量而升高,则填充效率会降低。相反,当从合金中释放氢时,合金温度的降低成为降低释放效率的因素。因此,需要特殊的热交换部件来实现先进的热管理,这是增加储氢合金罐制造成本的一个因素。

 

研究历史

AIST 和 Shimizu Corporation 迄今为止已开发出 Hydro Q-BiC,这是一种基于非稀土储氢合金的建筑物附着式氢能利用系统®的开发2018 年 10 月 1 日 AIST 通知)。在郡山市综合批发市场试运行后,社会实施正在取得进展,从2021年的清水北陆分店开始,最近已在市中心的租户大楼、工厂和创新中心(清水公司的温泉新心之森NOVARE)引入。但是,为了进一步在城市地区引入它,有必要提高其性能,以实现低成本和快速的储氢。这次,我们发现,通过将通用热交换器改造成储氢合金罐并控制热介质流路,可以实现高性能。此外,我们还采用了氢扩散板,以平面方式将氢气引入罐内,进一步提高了性能,从而开发出了低成本的储氢合金罐。

 

研究内容

该技术将空调设备中使用的通用热交换器转换为储氢合金罐,并利用热介质模拟来控制热介质流路。结果,我们发现,即使在显着低于通用换热器产品规格设计下限的流速下,也能满足储氢合金罐所需的性能。此外,通过采用氢扩散板,可以有效地将氢气引入罐内的合金填充层,我们开发了一种低成本的储氢合金罐,可以高流量储存和释放氢气。

传统的储氢合金罐引入氢气的方法是在合金填充床中插入多根带有许多特殊小孔的过滤管,这也是无法降低制造成本的一个因素。因此,在本研究中,我们采用了氢扩散板,通过“表面”而不是“管”引入氢气,并且易于批量生产。新开发的吸氢合金储罐实现了比传统储罐成本更低的储罐设计(点概览图中心照片),并将有助于进一步扩大储氢合金储罐的引进。

 

未来计划

开发的储氢合金罐是“利用氢促进海滨城市中心脱碳的联合研究”的一部分,该研究正在与 AIST、清水公司、东京都政府港湾局和其他三个机构联合开展。2023 年 4 月 28 日 AIST 通知) 已被引入地下供热厂。以此为基础,我们将从明年开始全面启动氢燃料锅炉集中供热社会实施项目。

 

论文信息

已出版的杂志:国际氢能杂志
论文标题:开发具有新型热介质/氢气流路的高性能金属氢化物罐,用于城市地区场外氢气使用
作者:濑川雄太*,远藤成树*、奥村雅彦、铃木康正、林良介、北川遥、山根敏弘、下田荣介 (*共同第一/通讯作者)
DOI:https://doiorg/101016/jijhydene202502216


术语表

储氢合金罐
储氢合金通常以合金颗粒的形式填充在储罐中,这些储罐称为储氢合金储罐。除了合金之外,储罐通常还包括用于去除合金产生的热量的热交换器和引入氢气的机构。[返回来源]
储氢合金
一种可以储存氢的特殊合金。由于合金中的氢以氢原子的形式存在,因此可以储存约1000倍自身体积的氢(固体氢储存)。氢气可以以与低于 1 MPa 的液态氢相当的高体积密度储存,液态氢不被视为高压气体。此外,通过使用即使遇火也难以点燃的独特非稀土合金(危险物质,不受消防法约束),提高了储氢的安全性。[返回参考源]
热交换器
在不同温度的流体之间进行热交换的装置,用于冷却和加热等目的。这次,在合金罐中,热介质(流体:水)和储氢合金(固体)之间发生热交换,因此其使用形式与普通热交换器不同。[返回来源]


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