氢气储罐制造技术

氢气储罐包括主体，所述主体包括钢本体区域和与该钢本体区域相邻的钝化金属氧化物层，所述氧化物层包含许多金属氧化物分子，全部具有形态，其中所述许多金属氧化物分子至少约51重量%是具有(012)、(001)和/或(110)表面晶面的形态的Fe

【技术实现步骤摘要】
氢气储罐
本公开涉及不锈钢氢气(H2)储罐及制备用于该储罐的材料的方法。
技术介绍
氢气是燃料电池汽车(FCV)和固定式应用中零排放或相对低排放燃料经济性的可行的竞争者。但是从安全和材料科学的观点来看，氢气的存储仍然是一个挑战。尽管某些金属如不锈钢看起来是理想的候选物，但不锈钢易于氢吸附，这可导致不合意的脆化。因此，长期以来需要改进用于氢气加压储罐应用的钢，以在安全和耐久性方面满足和/或超过工业标准。
技术实现思路
根据一个实施方案，公开了氢气储罐。所述罐可以包括主体，所述主体包括钢本体区域和与所述钢本体区域相邻的钝化金属氧化物层，所述氧化物层包含许多金属氧化物分子，全部具有形态，其中所述许多金属氧化物分子的至少约51重量%是具有(012)、(001)和/或(110)表面晶面（facet）的形态的Fe2O3分子，使得所述氧化物层被构造为使吸附到钢本体区域中的氢与没有钝化金属氧化物层的钢本体区域相比降低至少25％。Fe2O3分子中的(012)表面晶面的数量可以大于Fe2O3分子中的(001)或(110)表面晶面的数量。所述罐可以是车载储罐。所述钢本体区域可以包含基于所述钢本体区域的总重量的至少10-20重量％的Cr。(012)、(001)和/或(110)表面晶面中的至少一些可以是Cr掺杂的。所述许多金属氧化物分子可以包含许多具有Cr掺杂的Fe2O3(001)、(110)、(100)、(101)、(012)和/或(104)表面晶面的形态的金属氧化物分子。所述许多金属氧化物分子可以包含许多具有Fe2O3(024)、(006)和/或(220)晶面的形态的金属氧化物分子。所述储罐可以进一步包括保护涂层，该保护涂层包含MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2或其组合，并且至少部分地涂覆所述钝化金属氧化物层的暴露表面。在一个替代实施方案中，公开了氢气储罐。所述罐可以包括主体，所述主体包括钢本体区域和与所述钢本体区域相邻的钝化金属氧化物层。所述金属钝化层可以包含许多金属氧化物分子，全部具有形态，其中所述许多金属氧化物的至少51重量%是具有Fe2O3(012)、(001)和/或(110)表面晶面的形态的Fe2O3分子，使得所述金属氧化物层具有被布置为具有比任何其它层形态更多的准立方形态和/或六边形形态的层形态。所述(012)、(001)和(110)表面晶面中的至少一些可以是Cr掺杂的。所述钢可以是碳钢。Fe2O3分子中的(012)表面晶面的数量可以大于Fe2O3分子中的(001)或(110)表面晶面的数量。所述金属氧化物层可以具有约1nm-1μm的厚度。所述许多金属氧化物分子可以包含许多具有Cr掺杂的Fe2O3(001)、(110)、(100)、(101)、(012)和/或(104)表面晶面的形态的金属氧化物分子。所述储罐可以进一步包括保护涂层，所述保护涂层包含MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2或其组合，并且至少部分地涂覆所述钝化金属氧化物层的暴露表面。在又一个实施方案中，公开了制备用于氢气储罐主体的钢基材的方法。所述方法可以包括通过形成包含许多氧化物分子（全部具有形态）的钝化金属氧化物层来处理钢基材的表面部分，以将所述基材的解离氢覆盖率与未处理的钢基材相比降低至少约25％，其中所述许多金属氧化物分子的至少51重量%是具有Fe2O3(012)、(001)和/或(110)表面晶面的形态的Fe2O3分子。所述处理步骤可以包括电化学氧化钢基材的表面部分。所述处理步骤可以包括在氧化剂存在下在约180-700℃下热处理钢基材。所述方法还可以包括用Cr掺杂所述钝化金属氧化物层。所述处理步骤可以在钢基材的成型过程中进行。附图说明图1描绘了根据一个或多个实施方案的加压氢气储罐的示意性透视图；图2A和2B分别示出了具有金属氧化物层和保护层的氢气储罐的钢本体区域的示意图。图3A-3F示出了钢表面上Fe2O3的六个在形态上重要的表面晶面的片模型(slabmodel)。图4A-4F示出了在表面和本体水平上Fe2O3各个晶面上的单氢扩散的示意性模型；图5示出了对于图4所示的各种表面模型，朝向本体Fe2O3区域的密度泛函理论(DFT)计算的氢吸附能；图6A-6F描绘了Cr掺杂的Fe2O3表面晶面的片模型；图7示出了在不同的Fe2O3表面片上，氢解离反应vsCr2O3覆盖率的曲线图；和图8A和8B描绘了X射线衍射(XRD)峰强度，其示出了在Fe2O3材料的两个非限制性实例上的表面晶面的不同分布。具体实施方案在此描述本公开的实施方案。然而，应当理解，所公开的实施方案仅是实例，并且其它实施方案可以采取各种和替代的形式。附图不必是按比例的；一些特征可能被放大或最小化，以示出特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式使用本专利技术实施方案的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施方案。所示特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施方案。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施而言可能是合意的。除了明确指出之处，本说明书中所有表示尺寸或材料性质的所有数值量都应被理解为在描述本公开的最宽范围时由词语"“约"”修饰。首字母缩略词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且加以必要的修正适用于最初定义的缩写的正常语法变化。除非明确地相反说明，否则性质的测量通过与先前或稍后针对相同性质所引用的相同技术测定。术语“基本上”或“约”在本文中可用于描述所公开或要求保护的实施方案。术语“基本上”或“约”可以修饰在本公开中所公开或要求保护的值或相对特性。在这样的情况下，“基本上”或“约”可表示其修饰的值或相对特性在所述值或相对特性的±0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％之内。与一个或多个实施方案相关的适用于给定目的一组或一类材料的描述意味着该组或该类的任何两个或更多个成员的混合物是合适的。化学术语中的成分描述是指在加入到说明书中列举的任何组合中时的成分，并且不必排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用。首字母缩略词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且加以必要的修正适用于最初定义的缩写的正常语法变化。除非明确地相反说明，否则性质的测量通过与先前或稍后针对相同性质所引用的相同技术测定。燃料电池汽车(FCV)已变得越来越流行，汽车制造商正在扩大其燃料电池汽车车队（fleets），以服务对相对低排放或零排放技术的需求。FCV是一种电动汽车，其使用燃料电池发电来为其电动机供电，通常使用空气中的氧气和压缩氢气。但是FCV面临许多挑战，所述挑战为改进FCV技术提供了机会。挑战之一是提供安全、轻便且耐用的相对低成本的车载氢气存储装置。氢气可以存储在各种材料中或物理存储装置如氢气罐、筒或盒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氢气储罐，其包括：/n主体，所述主体包括钢本体区域和与所述钢本体区域相邻的钝化金属氧化物层，所述氧化物层包含许多金属氧化物分子，全部具有形态，其中所述许多金属氧化物分子的至少约51重量%是具有(012)、(001)和/或(110)表面晶面的形态的Fe

【技术特征摘要】
20191106 US 16/6756101.氢气储罐，其包括：
主体，所述主体包括钢本体区域和与所述钢本体区域相邻的钝化金属氧化物层，所述氧化物层包含许多金属氧化物分子，全部具有形态，其中所述许多金属氧化物分子的至少约51重量%是具有(012)、(001)和/或(110)表面晶面的形态的Fe2O3分子，使得所述氧化物层被构造为使吸附到所述钢本体区域中的氢与没有所述钝化金属氧化物层的钢本体区域相比降低至少25％。


2.根据权利要求1所述的储罐，其中Fe2O3分子中的(012)表面晶面的数量大于Fe2O3分子中的(001)或(110)表面晶面的数量。


3.根据权利要求1所述的储罐，其中所述罐是车载储罐。


4.根据权利要求1所述的储罐，其中所述钢本体区域包含基于所述钢本体区域的总重量的至少10-20重量％的Cr。


5.根据权利要求1所述的储罐，其中(012)、(001)和/或(110)表面晶面中的至少一些是Cr掺杂的。


6.根据权利要求1所述的储罐，其中所述许多金属氧化物分子包含许多具有Cr掺杂的Fe2O3(001)、(110)、(100)、(101)、(012)和/或(104)表面晶面的形态的金属氧化物分子。


7.根据权利要求1所述的储罐，其中所述许多金属氧化物分子包含许多具有Fe2O3(024)、(006)和/或(220)晶面的形态的金属氧化物分子。


8.根据权利要求1所述的储罐，其进一步包括保护涂层，所述保护涂层包含MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2或其组合，并且至少部分地涂覆所述钝化金属氧化物层的暴露表面。


9.氢气储罐，其包括：
主体，所述主体包括钢本体区域；和
与所述钢本体区域相邻的钝化金属氧化物层，其包含许多金属氧化物分子，全部具有形态，其中所述许多金属氧化物的至少51重量%是具有Fe2O3(012)、(001)和/或(110)表面晶面的形态的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·金，J·迈洛亚，A·马鲁茨克，M·昆茨，F·穆勒德，N·克雷格，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE