多平台压型储氢装置及其储氢片的制造方法

权利要求书： 1.一种多平台压型储氢装置，包括储氢片(1)、储氢罐体(2)、过滤片(3)、罐口封头(4)和阀门(5)，其特征在于，所述的储氢片(1)分为低压、中压以及高压三个不同平台压类型，所述储氢片(1)为直接装填入所述储氢罐体(2)中的规整牢固的片状结构，所述储氢片(1)包括金属箔材、储氢合金、导热剂和粘结剂，过滤片(3)预先设置在罐口封头(4)中，装填储氢片(1)时，先将多个不同平台压的储氢片(1)以一定的比例依次层堆叠放在储氢罐体(2)的内部后，再焊接罐口封头(4)并安装阀门(5)；

相同温度下，不同平台压类型的储氢片(1)的平台压差别不低于0.2MPa。

2.根据权利要求1所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，在所述储氢片(1)中，储氢合金材料的质量比例为80％?95％之间，导热剂的质量比例为1％?10％之间，粘结剂的质量比例为2％?10％之间，金属箔片的厚度为6?25μm。

3.根据权利要求1所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，储氢片(1)为规整的圆形片、正六角形片、八角形片或者正方形片，储氢片(1)的重量为5?150g，储氢片(1)的厚度为0.5?20mm。

4.根据权利要求3所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，储氢片(1)为圆形片；

储氢片(1)的重量为5g的整数倍。

5.根据权利要求1所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，在所述储氢片(1)中，储氢合金材料为钛系AB2型、钛系AB型、稀土系AB3、稀土系AB5型、钛钒固溶体、镁基储氢合金、配位氢化物、金属氮氢化物或者氨硼烷中的任意一种或几种；导热剂为石墨烯、鳞片石墨、碳纳米管、中间相碳微球、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼或者碳化硅中的一种或几种的混合材料；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素中的一种或几种的混合材料。

6.根据权利要求1所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，储氢罐体(2)的材质为不锈钢或铝合金；储氢罐体(2)长度为50?200cm，内径为5?20cm，储氢罐体(2)中储氢片(1)的装填数量为10?500个；过滤片(3)的材质为粉末冶金烧结多孔材料或金属丝筛网结构。

7.根据权利要求6所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，储氢罐体(2)的材质为316L不锈钢或6061铝合金；过滤片(3)的过滤精度在0.1?5微米之间。

8.根据权利要求1?7任一所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，所述储氢片(1)的制造方法包括以下步骤：S1，混料

将储氢合金粉末、导热剂、粘结剂同时加入混料设备，通过批混的方式获得分布均匀的预混粉末；

S2，制浆

将步骤S1中批混后的均匀预混粉末加入溶剂中，通过搅拌混合获得均匀稳定的浆料；

S3，涂布与干燥

将步骤S2制备的浆料涂布于金属箔材上，并进行干燥操作，最终获得成卷的储氢片(1)；

S4，辊压

对步骤S3中成卷的储氢片(1)进行辊压，获得厚度均匀的平整的储氢片(1)；

S5，切片

对步骤S4中平整的储氢片(1)采用模切机或裁片机裁切成大小相等的储氢片(1)。

9.根据权利要求8所述的一种多平台压型储氢装置，其特征在于，步骤S1中，在批混的过程中，储氢合金粉末、导热剂、粘结剂需要同步加入；

步骤S2中，将预混粉末分批次投入一定质量的溶剂中，采用双行星搅拌机进行搅拌混合；

步骤S2中，选用的溶剂为氮甲基吡咯烷酮、异丙醇、乙醇或者去离子水中的一种或几种的混合溶液；

步骤S3中，采用转移式或挤压式涂布机将浆料涂布于金属箔材上，干燥时直接进入烘箱进行烘干；

步骤S6中，将储氢片(1)依次自下而上装填，达到预期装填数量后，再焊接罐口封头进行密封，罐口封头上焊接有过滤片，可过滤储氢罐体内的细微颗粒；

按照步骤S1?S5，依次分别制备低压、中压以及高压三个不同平台压的储氢片(1)。

说明书： 一种多平台压型储氢装置及其储氢片的制造方法技术领域[0001] 本发明涉及储氢技术领域，具体涉及一种多平台压型储氢装置及其储氢片的制造方法。背景技术[0002] 目前，已实用化的储氢方式主要有三种：气态储氢、液态储氢以及基于储氢合金的固态储氢。与其他储氢方式相比，固态储氢技术具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是储氢技术发展的重要方向。固态储氢罐的外形与气态、液态储氢罐的外形相似，所不同的是储氢罐体内装载储氢合金。现阶段，合金储氢及储氢装置存在的缺陷包括：[0003] (1)储氢量监测问题[0004] 储氢合金在释放氢气时，存在一个稳定的平台压，这个特性决定了固态储氢罐在使用的过程中，氢气的气压比较稳定，难以通过气压的变化实时监控储氢罐内剩余的储氢量，随之出现的就是无法准确安排充氢的时间，在储氢合金中氢气即将用尽时，才出现用氢气气压猝降的现象，导致无法顺利供氢。[0005] (2)放氢启动热量较高[0006] 放氢过程中需要吸收大量的热量。例如，LaNi5储氢合金材料在放氢过程中，伴随30.8kJ/molH2的吸热效应，导致材料本身的温度急剧下降。氢气平台压的迅速下降，大大降低了放氢速度及气压。使用外接热源进行加热时，储氢罐整体的升温需要较长的时间，升温过程中氢气压偏低，导致无法顺利供氢。

[0007] (3)储氢合金吸氢膨胀对储氢罐体产生应力[0008] 储氢合金材料初始填充不均匀或使用过程产生位移后，储氢合金材料粉末储氢装置内部的局部区域富集，也将导致储氢罐体局部区域的应力集中，使得储氢罐体在这些区域中更易发生塑性变形，直至破裂失效。因此，通过优化设计保证储氢合金材料粉末的均匀分布，是保证固态储氢罐安全使用及延长使用寿命的关键。[0009] 综上所述，如何开发一种可以监测储氢容量且启动热量需求较低的储氢罐，在实现易于组装的同时，避免氢罐局部富集导致储氢罐体的形变与失效，已经成为亟需解决问题。发明内容[0010] 为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种多平台压型储氢装置，包括储氢片1、储氢罐体2、过滤片3、罐口封头4和阀门5，其特征在于，所述的储氢片1分为低压、中压以及高压三个不同平台压类型，所述储氢片1为直接装填入所述储氢罐体2中的规整牢固的片状结构，所述储氢片1包括金属箔材、储氢合金、导热剂和粘结剂，过滤片3预先设置在罐口封头4中，装填储氢片1时，先将多个不同平台压的储氢片1以一定的比例依次层堆叠放在储氢罐体2的内部后，再焊接罐口封头4并安装阀门5。[0011] 优选的，相同温度下，不同平台压类型的储氢片1的平台压差别不低于0.2MPa。[0012] 优选的，在所述储氢片1中，储氢合金材料的质量比例为80％?95％之间，导热剂的质量比例为1％?10％之间，粘结剂的质量比例为2％?10％之间，金属箔片的厚度为6?25μm。[0013] 优选的，储氢片1为规整的圆形片、正六角形片、八角形片或者正方形片，储氢片1的重量为5?150g，储氢片1的厚度为0.5?20mm。[0014] 优选的，储氢片1为圆形片；储氢片1的重量为5g的整数倍。[0015] 优选的，在所述储氢片1中，储氢合金材料为钛系AB2型、钛系AB型、稀土系AB3、稀土系AB5型、钛钒固溶体、镁基储氢合金、配位氢化物、金属氮氢化物或者氨硼烷中的任意一种或几种；导热剂为石墨烯、鳞片石墨、碳纳米管、中间相碳微球、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼或者碳化硅中的一种或几种的混合材料；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素中的一种或几种的混合材料。[0016] 优选的，储氢罐体2的材质为不锈钢或铝合金；储氢罐体2长度为50?200cm，内径为5?20cm，储氢罐体2中储氢片1的装填数量为10?500个；过滤片3的材质为粉末冶金烧结多孔材料或金属丝筛网结构。

[0017] 优选的，储氢罐体2的材质为316L不锈钢或6061铝合金；过滤片3的过滤精度在0.1?5微米之间。

[0018] 本发明的目的还在于提供一种所述储氢片1的制造方法，包括以下步骤：[0019] S1，混料[0020] 将储氢合金粉末、导热剂、粘结剂同时加入混料设备，通过批混的方式获得分布均匀的预混粉末；[0021] S2，制浆[0022] 将步骤S1中批混后的均匀预混粉末加入溶剂中，通过搅拌混合获得均匀稳定的浆料；[0023] S3，涂布与干燥[0024] 将步骤S2制备的浆料涂布于金属箔材上，并进行干燥操作，最终获得成卷的储氢片1；[0025] S4，辊压[0026] 对步骤S3中成卷的储氢片1进行辊压，获得厚度均匀的平整的储氢片1；[0027] S5，切片[0028] 对步骤S4中平整的储氢片1采用模切机或裁片机裁切成大小相等的储氢片1。[0029] 优选的，步骤S1中，在批混的过程中，储氢合金粉末、导热剂、粘结剂需要同步加入；[0030] 步骤S2中，将预混粉末分批次投入一定质量的溶剂中，采用双行星搅拌机进行搅拌混合；[0031] 步骤S2中，选用的溶剂为氮甲基吡咯烷酮、异丙醇、乙醇或者去离子水中的一种或几种的混合溶液；[0032] 步骤S3中，采用转移式或挤压式涂布机将浆料涂布于金属箔材上，干燥时直接进入烘箱进行烘干；[0033] 步骤S6中，将储氢片1依次自下而上装填，达到预期装填数量后，再焊接罐口封头进行密封，罐口封头上焊接有过滤片，可过滤储氢罐体内的细微颗粒；[0034] 按照步骤S1?S5，依次分别制备低压、中压以及高压三个不同平台压的储氢片1。[0035] 与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：[0036] 本发明提供了一种多平台压型储氢装置及其储氢片的制造方法，分别将不同平台压的储氢合金材料与导热剂、粘结剂均匀搅拌分散，搅拌获得储氢浆料，再涂布、干燥、辊压获得具有不同平台压的储氢片，再将不同平台压的储氢片以一定的比例装入储氢罐中，通过本发明制备的储氢片，保证储氢合金装填的均匀性，同时可以有效避免储氢合金在吸放氢过程中的粉化脱落，确保储氢合金在使用过程始终保持分布均匀，避免因储氢合金的局部富集引起的应力集中，提高使用寿命；储氢罐中的高平台压储氢合金材料的放氢启动温度较低，可在短时间内进入快速放氢阶段，在达到最佳放氢温度之前，平台压相对较高的储氢片优先释放氢气，满足使用需求。随着温度的逐步升高，平台压相对较低的储氢片也开始释放氢气，储氢罐的启动过程中无需预先经过升温过程；不同平台压的储氢片依次进行放氢，分别依次从高到低占据不同的平台压，储氢罐中的储氢片经过预先设计，可以根据氢气压的变化，大致得出储氢罐中剩下的氢气量。附图说明[0037] 图1为本发明一种多平台压型储氢罐的结构示意图。[0038] 图中附图标记为：[0039] 1?储氢片，2?储氢罐体，3?过滤片，4?罐口封头，5?阀门。具体实施方式[0040] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。[0041] 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0042] 下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0043] 本发明的一个宽泛实施例中，一种多平台压型储氢装置，包括储氢片1、储氢罐体2、过滤片3、罐口封头4和阀门5，其特征在于，所述的储氢片1分为低压、中压以及高压三个不同平台压类型，所述储氢片1为直接装填入所述储氢罐体2中的规整牢固的片状结构，所述储氢片1包括金属箔材、储氢合金、导热剂和粘结剂，过滤片3预先设置在罐口封头4中，装填储氢片1时，先将多个不同平台压的储氢片1以一定的比例依次层堆叠放在储氢罐体2的内部后，再焊接罐口封头4并安装阀门5。

[0044] 优选的，相同温度下，不同平台压类型的储氢片1的平台压差别不低于0.2MPa。[0045] 优选的，在所述储氢片1中，储氢合金材料的质量比例为80％?95％之间，导热剂的质量比例为1％?10％之间，粘结剂的质量比例为2％?10％之间，金属箔片的厚度为6?25μm。[0046] 优选的，储氢片1为规整的圆形片、正六角形片、八角形片或者正方形片，储氢片1的重量为5?150g，储氢片1的厚度为0.5?20mm。[0047] 优选的，储氢片1为圆形片；储氢片1的重量为5g的整数倍。[0048] 优选的，在所述储氢片1中，储氢合金材料为钛系AB2型、钛系AB型、稀土系AB3、稀土系AB5型、钛钒固溶体、镁基储氢合金、配位氢化物、金属氮氢化物或者氨硼烷中的任意一种或几种；导热剂为石墨烯、鳞片石墨、碳纳米管、中间相碳微球、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼或者碳化硅中的一种或几种的混合材料；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素中的一种或几种的混合材料。[0049] 优选的，储氢罐体2的材质为不锈钢或铝合金；储氢罐体2长度为50?200cm，内径为5?20cm，储氢罐体2中储氢片1的装填数量为10?500个；过滤片3的材质为粉末冶金烧结多孔材料或金属丝筛网结构。

[0050] 优选的，储氢罐体2的材质为316L不锈钢或6061铝合金；过滤片3的过滤精度在0.1?5微米之间。

[0051] 本发明的目的还在于提供一种所述储氢片1的制造方法，包括以下步骤：[0052] S1，混料[0053] 将储氢合金粉末、导热剂、粘结剂同时加入混料设备，通过批混的方式获得分布均匀的预混粉末；[0054] S2，制浆[0055] 将步骤S1中批混后的均匀预混粉末加入溶剂中，通过搅拌混合获得均匀稳定的浆料；[0056] S3，涂布与干燥[0057] 将步骤S2制备的浆料涂布于金属箔材上，并进行干燥操作，最终获得成卷的储氢片1；[0058] S4，辊压[0059] 对步骤S3中成卷的储氢片1进行辊压，获得厚度均匀的平整的储氢片1；[0060] S5，切片[0061] 对步骤S4中平整的储氢片1采用模切机或裁片机裁切成大小相等的储氢片1。[0062] 优选的，步骤S1中，在批混的过程中，储氢合金粉末、导热剂、粘结剂需要同步加入；[0063] 步骤S2中，将预混粉末分批次投入一定质量的溶剂中，采用双行星搅拌机进行搅拌混合；[0064] 步骤S2中，选用的溶剂为氮甲基吡咯烷酮、异丙醇、乙醇或者去离子水中的一种或几种的混合溶液；[0065] 步骤S3中，采用转移式或挤压式涂布机将浆料涂布于金属箔材上，干燥时直接进入烘箱进行烘干；[0066] 步骤S6中，将储氢片1依次自下而上装填，达到预期装填数量后，再焊接罐口封头进行密封，罐口封头上焊接有过滤片，可过滤储氢罐体内的细微颗粒；[0067] 按照步骤S1?S5，依次分别制备低压、中压以及高压三个不同平台压的储氢片1。[0068] 下面结合附图，列举本发明的实施例，对本发明作进一步的详细说明。[0069] 实施例1[0070] 一种多平台压型储氢装置，其具体制造过程及结构如下：[0071] (1)不同平台压的储氢片1的制备[0072] 低压储氢片的制备：[0073] 将储氢合金粉末(室温放氢平台压0.2MPa的稀土系储氢合金材料)、导热剂、粘结剂以88：7：5的质量比进行批混；本实施例的储氢合金粉末为稀土系AB5型、导热剂为石墨烯、粘结剂为聚偏氟乙烯(PDF)，溶剂为氮甲基吡咯烷酮(简称NMP)。通过匀浆、涂布、干燥、辊压、裁切工序，制备获得直径为80mm，厚度为2mm的低压储氢片；[0074] 中压储氢片的制备[0075] 将储氢合金粉末(室温放氢平台压0.8MPa的钛系储氢合金材料)、导热剂、粘结剂以88：7：5的质量比进行批混；本实施例的储氢合金粉末为钛系AB2型、导热剂为石墨烯、粘结剂为聚偏氟乙烯(PDF)，溶剂为氮甲基吡咯烷酮(简称NMP)。通过匀浆、涂布、干燥、辊压、裁切工序，制备获得直径为80mm，厚度为2mm的中压储氢片；[0076] 高压储氢片的制备[0077] 将储氢合金粉末(室温放氢平台压1.4MPa的稀土?钙?钛?镍系储氢合金材料)、导热剂、粘结剂以88：7：5的质量比进行批混；本实施例的储氢合金粉末为钛系AB2型、导热剂为石墨烯、粘结剂为聚偏氟乙烯(PDF)，溶剂为氮甲基吡咯烷酮(简称NMP)。通过匀浆、涂布、干燥、辊压、裁切工序，制备获得直径为80mm，厚度为2mm的高压储氢片；[0078] (2)储氢罐体2的结构[0079] 参照附图1的结构，该储氢罐体2的直径10cm、壁厚3mm、长度70cm，依次装入不同平台压的储氢片1，最后焊接罐口封头4，并安装阀门5，过滤片3预先焊接在罐口封头4上。[0080] (3)储氢片1的排列方式[0081] 储氢片1自底部到顶部依次堆叠排列，首先装入10只低压储氢片，高度总计20cm，再装入10只中压储氢片，高度总计20cm，最后装入10只高压储氢片，高度总计20cm。最终装入30只储氢片1，高度约为60cm。[0082] 该储氢装置装填简易，无扬尘现象。多次充放氢循环后，储氢罐体2无异常形变，整体结构稳定。[0083] 实施例2[0084] 一种多平台压型储氢装置，其具体制造过程及结构如下：[0085] (1)不同平台压的储氢片1的制备[0086] 低压储氢片的制备：[0087] 将储氢合金粉末(室温放氢平台压0.6MPa的稀土系储氢合金材料)、导热剂、粘结剂以88：7：5的质量比进行批混；本实施例的储氢合金粉末为稀土系AB5型、导热剂为鳞片石墨、粘结剂为丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠(SBR和CMC?Na)，溶剂为去离子水。通过匀浆、涂布、干燥、辊压、裁切工序，制备获得直径为60mm，厚度为5mm的低压储氢片；[0088] 中压储氢片的制备[0089] 将储氢合金粉末(室温放氢平台压1.2MPa的钛系储氢合金材料)、导热剂、粘结剂以88：7：5的质量比进行批混；本实施例的储氢合金粉末为钛系AB2型、导热剂为鳞片石墨、粘结剂为丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠(SBR和CMC?Na)，溶剂为去离子水。通过匀浆、涂布、干燥、辊压、裁切工序，制备获得直径为60mm，厚度为5mm的中压储氢片；[0090] 高压储氢片的制备[0091] 将储氢合金粉末(室温放氢平台压2.4MPa的稀土?钙?镍系储氢合金材料)、导热剂、粘结剂以88：7：5的质量比进行批混；本实施例的储氢合金粉末为稀土?钙?镍系Mm1?xCaxNi5型、导热剂为鳞片石墨、粘结剂为丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠(SBR和CMC?Na)，溶剂为去离子水。通过匀浆、涂布、干燥、辊压、裁切工序，制备获得直径为60mm，厚度为5mm的储氢片；[0092] (2)储氢罐体2的结构[0093] 参照附图1的结构，该储氢罐体2的直径8cm、壁厚3mm、长度200cm，依次装入不同平台压的储氢片1，最后焊接罐口封头4，并安装阀门5，过滤片3预先焊接在罐口封头4上。[0094] (3)储氢片1的排列方式[0095] 储氢片1自底部到顶部依次堆叠排列，低压储氢片、中压储氢片、高压储氢片各取一片依次堆叠，每三片为1组，依次装填入储氢罐体2中。装入120只低压储氢片，120只中压储氢片，120只高压储氢片，共计120组。最终装入360只储氢片1，总计高度约为180cm。[0096] 该储氢装置装填简易，无扬尘现象。多次充放氢循环后，储氢罐体2无异常形变，整体结构稳定。[0097] 最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。