贮氢技术常温下充放氢气

 在“第22届国际电气汽车研讨会·展示会（EVS 22）”上，为数众多的汽车厂商、汽车部件厂商和电力公司展出了电动汽车（EV）、燃料电池车（FCV）、混合动力车（HEV）以及相关的部件/技术。其中，丰田汽车推出的使用贮氢合金的贮氢技术（氢气储罐）吸引了笔者的目光。 该技术使用了贮氢合金——钛铬锰合金，可在常温下灌装、放出氢气。现有的贮氢合金（实验室级除外），基本上都需要充分加热才能放出氢气，在灌装氢气时也存在发热导致温度上升的问题。该技术在去年获得了金属学会奖。

    丰田解说员表示，该技术有两大要点：贮氢合金材料本身，以及在高压（350个大气压）的情况下使用该合金。钛铬锰合金是将金属钛的一部份原子替换成铬和锰制成。通过加入铬和锰，相邻原子间的距离（晶格常数）会增大，而增大的部分可以吸收氢气，或者将储存在此的氢气放出。周围压力高的时候，为了达到稳定状态，合金需要在晶格常数增加部分储藏氢气。周围压力低的时候，则放出氢气达到稳定状态。因此，充入了氢气的储罐在周围氢气的压力作用下，为了维持平衡状态，会吸收一部份氢气。具体来讲，内置了该合金的储罐中充入高压氢气后，由于储罐内压力升高，一部份的氢气会被该合金吸收。相反，从储罐中放出氢气的时候，罐内压力下降，吸入合金的一部分氢气会被排出（罐内）。

    丰田汽车的解说员介绍，使用这种贮氢合金在充放氢气的过程中也会产生与外部的热传导。但产生的热量小于现有的贮氢合金（实验室级除外）。该公司展出的这种贮氢技术在罐内除了放置了合金，还配备了热交换器。灌装氢气时，热交换器的冷媒被送到冷却装置散热。灌装后，则利用燃料电池向热交换器持续供热，使氢气保持能够被合金释放的状态。

    此外，该合金的体积在释放和吸收氢气时，会产生40％左右的变化。因此合金被设计为颗粒状，在提高合金颗粒和热交换器之间的热交换率方面还需要采用其他技术。合金颗粒填充在热交换器的鳍片中，鳍片采用能够承受颗粒膨胀，并且能在一定程度上与颗粒接触进行热交换的结构，且周围覆盖有薄膜，防止颗粒状的合金外漏堵塞阀门。 采用该贮氢技术，在350个大气压下灌装氢气时，可充放质量相当于合金质量2.0％的氢气。实际上，合金吸收的氢气质量相当于合金质量的3.5％，但能够取出的只有2.0％。当然，储罐中除了合金、热交换器、薄膜之外也有“空隙”，这些空隙在灌装时也会充满高压氢气。因此，当储罐在350个大气压下充满时，质量为80kg的储罐能装入2kg以上的氢气。

    丰田现在还在继续此类贮氢合金的研究开发。虽未在此次的EVS上展出，利用钛铬钼合金取代钛铬锰合金的贮氢技术也已经处在了开发阶段，并且成功地将可充放氢气的量提高到了贮氢合金质量的2.5％。该公司今后还将继续开发热传导少、充放氢气更多的材料。 贮氢技术是燃料电池汽车实用化道路上非常关键的一环。某位科研人员曾经说：“如果发明能够成功，不仅是成为富翁，获得诺贝尔奖也是可以期待的”。笔者衷心的希望这项发明能够在日本诞生。