包含复合材料的氢储器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及包含含有可氢化材料的复合材料的氢储器、制造该氢储器的方法和用于制造该氢储器的装置。

Hydrogen reservoir comprising composite material and method for manufacturing the same

The present invention relates to a hydrogen reservoir comprising a composite material containing a hydrogenated material, a method of manufacturing the hydrogen reservoir, and a device for manufacturing the hydrogen reservoir.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含复合材料的氢储器及其制造方法本专利技术涉及包含含有可氢化材料的复合材料的氢储器、制造该氢储器的方法和用于制造该氢储器的装置。21世纪的较大挑战之一是提供替代能源。众所周知，化石能量载体的资源，如石油或天然气有限。氢气是在此令人感兴趣的替代品。氢气（H2）本身不是能源，而是首先必须利用其它能源制备。但是，与直接借助例如太阳能生成的电流相比，氢气可以储存和运输。此外，氢气可以以不同方式，例如在燃料电池中或通过直接燃烧再次转化成能量。形成的唯一废物是水。但是，使用氢气时的一个缺点在于其易燃，并且与空气的混合产生极易爆炸的混合物，所谓的氢氧气。为了运输或储存，安全储存因此也是一大挑战。氢气不能容易地储存在氢储器中，然后再回收，因为氢气具有所有气体中的最小分子。US2006/0030483A1描述了据说是氢储器的中空微球。US2012/0077020A1和US2013/0136684A1公开了使用碳作为氢储器中的基质材料。在DE60030221T2中阐述了在电池电极中的氢气储存。本专利技术的目的是提供与现有技术相比具有改进的性质，尤其具有延长的寿命的氢储器。提出具有权利要求1的特征的氢储器、具有权利要求12的特征的制造氢储器的方法和具有权利要求16的特征的装置。有利的特征、实施方案和扩展方案从下列说明书、附图以及权利要求书中显而易见，其中来自一个实施方案的各个特征不限于其。相反，来自一个实施方案的一个或多个特征可以与另一实施方案的一个或多个特征组合以提供进一步的实施方案。特别地，各个独立权利要求也可以各自互相组合。独立权利要求的措辞也不应被视为对要求保护的主题的限制。因此可以更换和省略，也可另外补充权利要求措辞的一个或多个特征。也可以以一般化形式使用借助具体实施例引述的特征，或同样可以在其它实施例，尤其是用途中使用它们。本专利技术涉及包含含有可氢化材料的复合材料的氢储器，其中所述复合材料在第一区域中包含至少一种聚合基质，在其中嵌入所述可氢化材料，并在不同于第一区域的第二区域中包含一个或多个层，其中所述层之一主要具有下列功能中的至少一种：主要储氢、主要导热和/或主要传导气体。可归结于层的进一步功能涉及例如在一个或多个方向上的复合区域的支承或稳定化，在一个或多个方向上的挠性，优选弹性，在一个或多个方向上的强度等。术语“层”在本申请中描述，优选一种材料，或两种或更多种材料以层片（Lage）方式布置，并且其可以作为层片与直接环境分界。例如，可以将不同材料相继地彼此松散叠加地堆积，以使相邻层直接接触。在一个优选实施方案中，包含可氢化材料的复合材料体可形成可紧邻导热层布置的可氢化层，以使在吸收氢气和/或释放氢气时产生的热可从该可氢化材料直接释放到相邻层中。主要是下列功能中至少一个：“主要储氢”、“主要导热”和/或“主要传导气体”被理解为是指各层履行至少这一功能作为在该复合材料的第二区域中的主要目的。例如，一个层可以主要用于储氢，但同时也能够提供导热性。在这种情况下优选设定，存在至少一个其它层主要承担导热，这意味着与该氢储器中的其它层相比经由该层从压制的材料复合体中导出最大量的热。在这种情况下，又可以采用主要传导气体的层，借此例如将氢气导入该材料复合体或例如从中导出。在这种情况下，也可借助流经的流体夹带热。流经的流体在本专利技术中是氢气或包含50体积%或更大，优选60体积%或更大，尤其是70体积%或更大，优选80体积%或更大，特别是90体积%或95体积%或更大的含量的氢气的气体混合物。该可氢化材料优选仅储存氢气，以使甚至在使用气体混合物作为流体的情况下，也基本仅储存氢气。在一个示例性实施方案中设定，储氢层在一面上包含主要传导气体的层并在另一面上包含主要导热的层。例如，主要储氢层也可以在各面上具有相邻的主要导热层。各自的层轮廓优选彼此平行。或者，也可能存在层的渗透。例如，层也可以彼此呈一定角度布置。例如，一个层可以与另一层呈直角，在这种情况下这两个层主要具有相同或不同的主要功能。术语“氢储器”描述可储存氢气的储存容器。在此可以使用传统的储氢和贮氢方法进行，例如压缩气体储存，如通过用压缩机压缩而储存在压力容器中，或液化气体储存，如通过冷却和压缩以液化形式储存。另外替代性的储氢形式基于固体或液体，例如金属氢化物储器，如作为氢和金属或合金之间的化合物储存，或吸附储存，如氢气吸附储存在高度多孔材料中。此外，为了储存和输送氢气，还可能有暂时将氢键合到有机物质上以产生可不经加压而储存的液体化合物（所谓的“化学键合氢”）的氢储器。氢储器可包含例如与氢气反应形成氢化物（金属氢化物）的金属或金属合金。这一储氢过程也被称作氢化并伴随着放热进行。其因此是放热反应。在氢化中储存的氢气可在脱氢中再释放。在此必须供热，因为脱氢是吸热反应。相应的氢储器因此可具有两种极端状态：1)储氢材料载满氢气。该材料完全为其氢化物形式；和2)储氢材料没有储存氢气，因此该材料为金属或金属合金的形式。氢储器在本专利技术中包含外壳和布置在其中的承担储氢功能的复合材料。此外，该复合材料可具有也描述在下文中的进一步功能。术语“复合材料”根据本专利技术描述在该氢储器中使用各种类型的组分，以布置可氢化材料。该复合材料由独立组分，如聚合基质和独立层形成。对于该复合材料的性质，组分的物质性质和几何是重要的。该复合材料优选已压实。术语“复合材料体”描述由两种或更多种材料构成的复合体。在这种情况下，将第一材料嵌入第二材料，即基质中。该基质可具有开孔和闭孔。该基质优选是多孔的。通过一种材料嵌入另一材料，可例如补充否则仅各独立组分具有的材料性质。就复合材料体的性质而言，组分的物质性质和几何是重要的。特别地，尺寸效应通常起到一定作用。例如通过材料配合（Stoffschluss）或形状配合（Formschluss）的方式或两者的组合实现结合。由此例如能将可氢化材料牢固定位在基质中。由此将可氢化材料嵌入聚合基质中。根据本专利技术，有可能除可氢化材料外还将附加组分嵌入聚合基质中。可嵌入基质中的附加组分是例如用于导热和/或传导气体的材料。该基质根据本专利技术可包含一种或多种聚合物并因此被称作聚合基质。如果在本专利技术中描述基质，这被理解为是指聚合基质。该基质因此可包含一种聚合物或两种或更多种聚合物的混合物。该基质优选包含仅一种聚合物。特别地，该基质本身可以是储氢的。例如，可以使用乙烯（聚乙烯，PE）。优选使用钛-乙烯化合物。在一个优选实施方案中，这可储存最多14重量%的氢气。术语“聚合物”描述由直链或支化分子构成的化合物，所谓的大分子，其又由相同或同类的单元，所谓的结构重复单元构成。合成聚合物通常是塑料。通过使用至少一种聚合物，该基质可赋予该材料良好的光学、机械、热和/或化学性质。例如，通过该聚合物，该氢储器可具有在没有该聚合物时否则不可能的良好的温度稳定性、对周围介质的耐受性（抗氧化性、耐腐蚀性）、良好的传导性、良好的氢气吸收和储存能力或其它性质，例如机械强度。也可以使用例如不能储氢但能够高度膨胀的聚合物，例如聚酰胺或聚乙酸乙烯酯。根据本专利技术，该聚合物可以是均聚物或共聚物。共聚物是由两种或更多种不同类型的单体单元构成的聚合物。由三种不同单体构成的共聚物被称作三元共聚物。根据本专利技术，该聚合物例如也可包括三元共聚物。该聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含含有可氢化材料的复合材料的氢储器，其中所述复合材料在第一区域中包含至少一种含至少一种聚合物的基质，在其中嵌入所述可氢化材料，并在另一第二区域中包含一个或多个层，其中所述层的至少一个主要具有下列功能之一：储氢、导热或传导气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.05 DE 102014006369.01.包含含有可氢化材料的复合材料的氢储器，其中所述复合材料在第一区域中包含至少一种含至少一种聚合物的基质，在其中嵌入所述可氢化材料，并在另一第二区域中包含一个或多个层，其中所述层的至少一个主要具有下列功能之一：储氢、导热或传导气体。2.如权利要求1中所述的氢储器，其特征在于所述基质进一步包含碳，所述基质和/或层优选包含各种碳多晶型物的混合物，其包含膨胀天然石墨作为碳多晶型物之一。3.如权利要求1或2中所述的氢储器，其特征在于第二区域包含至少一个包含导热材料，尤其是碳和/或导热金属，尤其是铝的层。4.如权利要求1至3任一项中所述的氢储器，其特征在于所述导热材料包含金属或金属合金，优选铝和/或铜和/或其合金。5.如权利要求2至4任一项中所述的氢储器，其特征在于所述碳为天然膨胀石墨的形式。6.如权利要求1至5任一项中所述的氢储器，其特征在于所述聚合物具有0.7克/立方厘米至1.3克/立方厘米，尤其是0.8克/立方厘米至1.25克/立方厘米的密度。7.如权利要求1至6任一项中所述的氢储器，其特征在于所述聚合物具有10MPa至100MPa，尤其是15MPa至90MPa的拉伸强度。8.如权利要求1至7任一项中所述的氢储器，其特征在于所述聚合物选自EVA、PMMA、EEAMA和这些聚合物的混合物。9.如权利要求1至8任一项中所述的氢储器，其特征在于其具有交替的第一和第二区域，它们一方面包含基质，另一方面包含一个或多个层，和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：A卡泽拉斯，K多尔迈尔，E厄恩斯特，M劳克斯，L温伯特，
申请(专利权)人：吉凯恩粉末冶金工程有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE