小型PEMFC电源系统热设计实验研究

通过实验研究了利用燃料电池产生的废热以强制对流传热的方式给金属氢化物储氢器加热的可行性与具体的设计方案,与目前已报道的国内外便携式PEMFC系统相比,该方案无任何附属设备,使系统保持较高的整体效率,提高了金属氢化物储氢器的放氢性能.通过正交实验和实验数据的方差分析得知该方案在保证金属氢化物储氢器持续放氢的同时,对PEMFC无明显负面影响.     

金属氢化物复合式高压储氢器的研究

为提高高压储氢容器的体积储氢密度,采用具有高体积储氢密度的储氢合金与轻质高压容器复合组成高压金属氢化物复合式储氢器.为获得高压氢源,研究了Mm-Ml-Ni-Al(Mm为富铈混合稀土,Ml为富镧混合稀土)的储氢特性,并试制了化学热压缩器.采用研制的高压氢源,对具有高吸放氢平台压力的Ce-Ni系合金的高压储氢特性进行了研究.实验结果表明:以Ml或Ca部分取代Mm以及Al对Ni的部分置换后合金活化性能和吸放氢压力滞后明显改善,(Mm-Ml)0.8Ca0.2(Ni-Al)多元合金具有较好的储氢性能,适合于作为化学热压缩合金.CeNi5基多元合金在40MPa氢压条件下,合金具有较好的活化性能和吸放氢动力学性能,合金最大储氢容量分别达到1.6wt%.将优化的储氢合金与自制的轻质高压储氢容器复合组成的金属氢化物复合式高压储氢器,当储氢合金的填充量达到0.2(体积分数)时,其体积储氢密度提高50%.     

AB5型固态金属储氢系统吸/放氢特性实验研究

为研究AB₅型固态金属储氢系统在不同温度和压力条件下的吸/放氢性能,搭建小型固态金属储氢罐实验平台,设计不同温度及压力条件下的吸/放氢循环实验,利用循环水浴系统构造换热环境对固态金属储氢罐进行循环换热,测试吸/放氢压力和温度等关键操作参数对AB₅型固态金属储氢系统吸/放氢性能的影响。结果表明：在达到相应吸氢反应平衡压力的条件下,较高的吸氢压力和温度对吸氢效率均具有促进作用,同时,较高的吸氢压力会加剧系统主要吸氢阶段的化合反应,伴有强烈的热交换行为,且维持不同放氢压力条件下的持续放氢需达到相应的放氢温度;同一压力条件下,较高的放氢温度可提高系统的放氢效率,使系统内部氢气压差达到相应放氢条件以维持系统持续稳定放氢的需求。上述结论可为AB₅型固态金属储氢系统的研究提供参考。     

Optimal analysis of the exothermic process of a Mg/MgH2 thermochemical heat storage system

基于镁/氢化镁热化学储热系统,建立了二维非稳态数学模型.对吸氢放热过程中的传热传质现象进行了数值模拟,主要研究了壁面温度和反应床当量导热系数对系统反应速率的影响.结果表明,放热过程中存在最佳的壁面温度使反应速率达到最快,过高或者过低的壁面温度都将使反应床的温度偏离理论上的最佳值,从而降低反应速率.针对不同当量导热系数的反应床,最佳壁面温度也不相同;反应床的当量导热系数并非越大越好,应该根据具体的边界温度以及氢气压力情况进行合理的选择以获得最佳的反应速率.     

70 MPa Ⅲ型车载储氢气瓶充氢过程的热力学响应特性模拟

大容量高压车载储氢气瓶充氢过程的热力学响应特性是氢燃料电池汽车氢气安全充注亟需解决的关键问题。采用CFD模型,对70 MPa Ⅲ型车载储氢气瓶在不同长径比、充氢速率、气瓶初始压力、气源温度条件下充氢过程的热力学响应特性进行模拟。结果表明,在高压下氢气不可视为理想气体;重力对充氢过程的影响不能忽略;容积100 L储氢气瓶的最佳长径比为3.55;气源温度对充氢过程的影响最为显著,其次是气瓶初始压力与充氢速率,与热力学分析获得的结论类似。     

小功率质子交换膜燃料电池电源供氢系统的研究

通过对几种不同贮氢方法的比较，认为金属氢化物贮氢是一种很好的方法，对一种稀土镍系金属贮氢器进行了放氢实验，结果表明不同的实验条件对贮氢器放氢量有不同的影响，其中在恒温水浴条件下放氢较好，在室温自然对流条件下放氢较差，最后针对小功率电源的特点，对贮氢系统的开发提出了一些建议。     

金属氢化物及其热驱动型制冷系统的设计与实验研究

制备了设计工作温度为150-200℃/20-50℃/0℃的金属氢化物合金工质对LaNi4.61Mn0.26Al0.13/La0.6Y0.4Ni4.8Mn0.2,测定了合金对在各温度下的吸氢性能,作出了Van’t-Hoff图,并推导了合金反应焓、反应熵和理论循环特性;设计了反应床,实测高温反应床的导热系数;搭建了间歇制冷的热驱动金属氢化物循环系统,在150℃/30℃/0℃工况下测定了系统的循环特性和制冷性能。实验结果表明,合金工质的平台斜率和滞后系数小、吸氢动力性能较好,低温合金的吸氢反应焓值达-27.1kJ/molH2;设计反应床的导热系数约为1.3W/(m.K),较合金粉末的导热系数有了很大提高,但仍未达到实用要求;制冷系统在设定工况下完成了循环,获得了84.6W的平均制冷功率、COP达0.26,从而验证了金属氢化物制冷系统的可行性。     

氢化物车用空调模拟换热器传热试验研究

对作者自行设计制造的氢化物空调模拟换热器,进行了非吸放氢循环下的传热试验,获得了传热系数,空气流阻和Ｎｕ与Ｒｅ的关系式,提出了进一步提高反应器传热系数的方法。为实际车用氢化物空调反应器的设计提供了依据。     

新型圆柱式储氢反应器的优化研究

文章从强化合金储氢反应器换热、提高吸氢反应效率出发,对圆柱式储氢反应器的结构及反应条件进行优化。利用Comsol Multiphysics软件建立反应器模型,研究结构以及反应条件对反应器换热能力以及吸氢效率的影响。结果表明：外形的改进可以消除氢气流动的死区,提高吸氢效率;加大氢压、提高铝粉掺杂比例、添加翅片、增加翅片长度,均能不同程度地提高吸氢效率;与改进前相比,改进后的反应器吸氢反应完成99%的时间从2 005 s下降至310 s,吸氢反应速率加快了84.5%。     

氢化金属在太阳能中的应用

本世纪早期人们曾经发现,在电镀过程中,金属离子在阳极沉积时,氢离子也在阴极被还原,一部分氢气逸出,一部分以原子氢的状态渗入基体金属及镀层中,使基体金属韧性下降而变脆。这种现象被称为氢脆。氢脆会使镀件或金属脆裂,造成很大的危害。进行高温除氢处理,才能消除氢脆的影响。氢脆也被称为金属对氢的吸附,或者金属与氢化合,形成金属的氢化物。经过研究,几乎所有的金属,在适当的温度和压力下,都能与氢反应,形成氢化金属,其反应可用下式表示: