氢听剧场:武媛方——固态储氢装置及其应用

发表时间:2019-11-01 11:38


“氢听剧场”是佛山国际氢能展极具特色的活动之一,已连续举办两届,是多位行业技术专家以演讲、论道的形式,共同分享氢能行业前沿技术理念及实战干货,并进行产品发布。
以下分享10月27日下午的精彩演讲!

演讲嘉宾

项目经理

Project manager

有研工程技术研究院有限公司

GRIMAT Engineering Institute Co., Ltd.

武媛方

Wu Yuanfang


演讲主题

固态储氢装置及其应用

Solid State Hydrogen Storage Tank and the application

主持人:感谢WEH给我们的产品介绍,我们希望后续能够听到是WEH的技术介绍,而不是仅仅是产品的介绍。刚刚我们了解到的加氢枪也好,氢瓶也好针对的都是纯氢的技术路线,其实氢的储存和运输有多种多样的方式,下面,我们有请有研工程技术有限公司的武媛方经理给我们分享她的主题报告。

      武媛方:各位同行大家下午好,很荣幸在这里代表我们公司介绍我们在固态储氢装置及其应用的情况。我的报告主要分为以下三个方面,首先介绍一下我们单位的情况,可能很多人不知道我们这个单位,因为我们是刚刚改制的,属于以前的北京有色金属研究总院,在2017年的时候改制成为有研科技集团,我们是我国有色金属行业规模最大的一个综合性研发机构,也承担了我们在有色金属领域相关的一些重大课题,涉及了我们12个国家研究中心和实验室,包含能源、半导体、稀土、以及复合材料等等有色金属领域。我们现在一共有3700余人的从业人员,四位两院院士,有一系列的政府特殊津贴的专家,2018年1月份我们有研科研集团以全部研发类的资产和人员来成立的一个专门进行科技创新以及技术服务的全资子公司,我们在能源这一块主要涉及到的我们国家有色金属新能源材料与制品工程技术研究中心,也是北京市新能源有色金属基础制品工程技术研究中心。同时我们是中国可再生能源学会氢能专业委员会主任委员单位,也是国际能源署氢能执行协议执委会的中国代表。同时我们在中国氢能源及燃料电池产业创新联盟,为副理事单位。

      我们在氢能这一块的主要研究领域包含了固态储氢材料的设计、制备、以及系统应用技术,同时我们针对固态储氢系统进行了一系列的研究,包括仿真设计、制备、检测评价,以及应用。在燃料电池催化剂也有相关的研究。同时我们基于我们的固态储氢材料进行了氢气纯化材料的一系列应用。同时我们针对目前天然气管道输氢的腐蚀方面我们进行了涂层的研究。

      我这次介绍我们在固态存储材料和系统的相关研究和应用情况,首先介绍一下固态储氢的背景,对比常规的液态,气态来说,我们固态储氢具有的优势就是具有较高的体积储氢密度,基本原理是金属与氢气发生化学反应,生成金属氢化物,因为氢原子占据了金属内部间隙,具有一个比较高的储氢密度。同时储氢压力一般是在3兆帕以下可以饱和,因此它具有一个低压安全的优势。同时当它升高温度,或者对较低压力放氢的时候,它的放氢纯度可以达到6个9以上的高纯氢,所以主要优势是安全和高的体积密度。这个是常见的一些储氢材料,其中比较有规模性的储氢合金,目前重量储氢密度基本上在2%以内,我们正在不断改进高容量储氢材料,以及以镁基储氢材料为代表的储氢材料。同时我们储氢合金会有热效应,需要对材料进行传热传质的优化研究。

      下面是我们储氢装置开发的一些情况,这个是我们开展一系列的储氢材料的研究相对有代表性的成果,我们开出了AB2的储氢合金,它的重量储氢密度可以达到2.0%,固溶体的储氢合金它的室温储氢容量可以高于3.6%,同时它的有效储氢容量高于2.4%。我们开发出来金属氮化物的储氢材料可以达到4.3%,同样镁基储氢材料具有更高的储氢容量,可以达到6%。我们基于镁基储氢材料在储热方面有一些应用。

      这个是我们目前开发的一系列不同规格固态储氢装置,它们具体的应用主要在电动汽车、电动自行车、备用电源、压缩机、热泵等等,以及气体分析的高纯氢源的应用。

      这个是我们备用电源系统,它可以作为通信基站的备用电源,为燃料电池供氢,我们采用40立方米的固态储氢装置与5kW的燃料电池配合,同时也是实现了在通信基站的运行,持续运行时间可以达到16个小时以上。

      下面是我们加氢站用的静态压缩储氢一体化的系统,它主要的技术基础就是当储氢合金在比较高的温度下放出的氢气会达到高压的水平,比如我们研制的氢压缩的储氢材料,它在40度左右的放氢平台可以达到35兆帕,因此我们可以减少加氢站压缩机的开启频率。这个是我们开发的一个具有储氢容量288立方的45兆帕的固态高温混合储氢系统,它的储氢容量相比同规格的高压储氢系统相对比较高的一个优势,对于35兆帕小汽车进行充氢可以满足12辆汽车充氢的需求,因此它的优势可以体现出来,静态压缩功能可以减少压缩机的开启频次,同时它的体积储氢密度低,占地面积小,而且常规我们不使用的时候它是在常温的存储,因此它的存储压力比较低,安全效率是很高的。

      这个就是我们在怀柔基地的一个示范,我们开发了风电制氢进行电解水制氢,同时结合了固态储氢进一步进行燃料电池发电的应用,固态储氢系统的储氢密度可以达到50公斤/平方米。这个是刚刚前面已经介绍的规模储能,我们基于低成本的钛铁合金进行规模化制备的优化,突破了工程化制备技术,最终通过模块化的设计、集成获得了我们1000立方米的固态储氢装置,目前也是计划大规模的储能应用。

       这个是利用镁基储氢材料的特性我们进行了一个储热的示范,它的基本原理是我们通过太阳能光热白天来进行集热,热可以供我们储氢材料放氢,在放氢过程中把热消耗,对配对的储氢系统可以吸收镁基储氢材料放出来的氢,就达到了白天储存能量的目的。当我们需要这个能量的时候需要镁基储氢材料吸氢,配对的材料放氢,这样实现热量的释放。同时我们也是实现了50公斤级每批次的纳米晶镁基材料的制备,它的储热密度也有一个较大的优势。

       这个是我们今年刚刚开发的车载固态储氢装置,这个是基于我们开发高容量AB2系的材料,它的室温储氢容量可以高达1.88,我们也是进行了一系列的系统集成,目前已经在低压储氢燃料大巴车上进行了示范应用,有效放氢速率可以达到1000升/分钟,储氢容量可以达到17公斤,能够满足续航里程大于300公里的需求,固态储氢装置可以装在客车的底盘上,获得一个紧凑的结构。同时可以利用燃料电池的余热进行耦合,相关的介绍我们蒋主任明天上午会给大家介绍,大家如果感兴趣,我们在展位可以详细的交流。



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