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CN101203454B - 复合储氢材料及与其相关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案涉及一种包括活性材料颗粒和一种粘合剂的复合储氢材料，其中所述的粘合剂使所述活性材料颗粒充分固定以维持所述活性材料颗粒之间的相对空间关系。

Description

复合储氢材料及与其相关的方法
发明的优先权
该非临时申请根据U.S.C 35第119(e)条，要求2005年4月22日提交的美国临时专利申请60/673,859的优先权，该申请通过引证的方式纳入本说明书。
技术领域
本发明的实施方案涉及一种复合储氢材料。具体地说，本发明的实施方案涉及一种用于吸留和解吸氢的复合储氢材料。
背景技术
一般地，氢可以金属氢化物粉末的形式储存。在氢化/脱氢循环中，应变行为使颗粒床变得不稳定，导致颗粒床的沉降和压实。由于重复的循环，粉末状颗粒的三维空间关系不断改变，使得应变不断增加。当使用金属氢化物粉末时，低效的热传递会妨碍氢化/脱氢循环的速率和效率。
当使用常规的金属氢化物粉末时，由于许多材料是自燃的，或一旦与氢接触即变成自燃的，所以会产生安全和处理方面的问题。此外，粉末可能被吹入氢气流，这将需要进行复杂的过滤，并在燃料系统中引入一个压力降。
氢化/脱氢过程中，储存介质上产生应变使其在注入时膨胀，释放时收缩。这种应变可能非常大，其常通过设计一个具有可容纳应变的膨胀空间的氢化物储存容器来解决。但是，颗粒床的不稳定性引起氢化物材料的压紧、快速填满膨胀空间并使得显著的应变被施加于储存容器的壁上。因此，储存容器必须被设计成通过增加壁的厚度或开发一种内部结构的系统使床在应变产生时自“解压(unpack)”从而解决这种内部产生的机械应变。对储存容器所需的这些复杂设计显著降低了金属氢化物粉末的储氢体积密度。
氢化/脱氢化过程使粉末颗粒更紧密地堆积，因此增加了系统的紧密性。在氢化/脱氢化循环中，颗粒的三维空间关系改变，对粉末的储氢能力产生了不利的影响。
附图说明
附图不需要依照比例画出，几幅视图中相同的编号指基本相似的部件。具有不同字母后缀的相同编号代表基本相似部件的不同情形。附图以示例方式而非限制性的方式概括说明本文中论述的多种实施方案。
图1图示说明本发明的一些实施方案中制备复合储氢材料的方法的流程框图。
图2图示说明本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料吸留和解吸氢的方法的流程框图。
图3图示说明可用于本发明的一些实施方案的一种示例性金属氢化物储氢材料的氢化/脱氢循环中压力-组成-温度(PCT)的曲线图。
图4图示说明本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器的透视图，该储存容器与一个设备相连通。
图5图示说明本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器的透视图。
图6图示说明本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器的截面图，该复合储氢材料安置于容器的一个内壁上。
图7图示说明本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料作为基质的储存容器的截面图，该复合储氢材料充分填充该储存容器。
图8图示说明本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器的截面图，该复合储氢材料在储存容器中作为多层基质。
图9图示说明本发明的一些实施方案中复合储氢材料结构的透视图。
发明内容
本发明的实施方案涉及一种包括活性材料颗粒和一种粘合剂的复合储氢材料，其中该粘合剂使活性材料颗粒充分固定以维持活性材料颗粒之间的相对空间关系。此外，实施方案还涉及一种储氢系统，该系统包括一个储存容器、一种安置于储存容器内的复合储氢材料以及至少一个用于连通外部设备的端口，其中该复合储氢材料包括活性材料颗粒和一种粘合剂，其中该粘合剂使活性材料颗粒充分固定以维持活性材料颗粒之间的相对空间关系。
本发明的实施方案涉及一种制备复合储氢材料的方法，包括：形成一种活性材料颗粒的精细粉末，将一种粘合剂与该精细粉末混合形成一种混合物并充分加热该混合物以形成一种复合储氢材料，其中所述粘合剂使活性材料颗粒充分固定以维持活性材料颗粒之间的相对空间关系。本发明的实施方案还涉及一种使用复合储氢材料的方法，该方法包括将氢吸留在复合储氢材料之上或之内以及将氢从该复合储氢材料上解吸，其中该复合储氢材料包括活性材料颗粒和一种粘合剂，其中该粘合剂使活性材料颗粒充分固定以维持活性材料颗粒之间的相对空间关系。
具体实施方式
以下的具体实施方式包括对附图的参照，所述附图构成具体实施方式的一部分。附图以图示说明的方式显示了可实施本发明的具体实施方案。这些实施方案(本文中也称作“实施例”)被足够详细地描述以使本领域技术人员能够实施本发明。可以将这些实施方案相结合、可使用其它实施方案或者可进行结构上或逻辑上的改变而不偏离本发明的范围。因此，以下具体实施方式不应被理解为限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求书及其等同内容限定。
本文中，术语“一”或“一个”涵盖一种或一种以上，且术语“或”用于指非唯一的或除非另有说明的。此外，应理解的是，本发明中使用的且非另有定义的用语和术语仅用于说明的目的而非限制的目的。另外，本文中提及的所有出版物、专利和专利文件以全文引用的方式纳入本说明书，如同逐一通过引证的方式纳入一般。如果本说明书与引证纳入的文件之间有不一致的用法，引证纳入的文件中的用法应被理解为本说明书中用法的补充；如果出现矛盾的情况，应以本说明书中的用法为准。
本发明的实施方案提供了一种复合储氢材料和与其相关的方法。复合储氢材料使得在氢的吸留和解析过程中，常规地在氢化/脱氢循环中由烧爆作用(decrepitation)所引起的颗粒床的压紧被减少或消除。复合储氢材料包括活性材料颗粒和一种粘合剂，其中该粘合剂使活性材料颗粒充分固定以维持活性材料颗粒之间的相对空间关系。复合储氢材料可能在氢化时变形，但基本复原至其原始形状和形态，因此，在多个氢化/脱氢循环过程中活性材料颗粒之间的三维空间关系基本不变。
复合储氢材料也可作为储存容器中的承载部件，有效地增加容器的体积能量储存量。通过利用本发明实施方案中的复合储氢材料，消除了对解吸的氢物流中松散的金属氢化物颗粒进行过滤的需求，并且消除了常规的在金属氢化物储存容器中粉末压实的问题。该复合储氢材料比常规的金属氢化物粉末具有更好的导热性，且保留了相似的吸附/解吸速率和容量限度。将复合储氢材料用于氢的储存比常规的金属氢化物粉末更安全，因为粉末压实引起的储存容器破裂的风险要小得多。另外，将复合储氢材料用于氢的储存更好地符合了国内和国际上关于氢的运输和储氢容器的规章法律和程序。
定义
本文中使用的“复合储氢材料”是指与一种粘合剂混合的活性材料颗粒，其中该粘合剂使活性材料颗粒充分固定以维持活性材料颗粒之间的相对空间关系。
本文中使用的“相对空间关系”是指颗粒间的三维空间关系。本发明上下文中所述的颗粒间的这种三维空间关系基本保持不变。例如，颗粒间的距离可能在氢化/脱氢循环中变化，但颗粒在一个完整循环过程后回到相对于其它颗粒的基本相同的位置。颗粒的结构可能具有例如弹性，在该结构中颗粒可移动，但它们在移动时维持相对于其它颗粒基本相同的三维空间位置。材料是否满足上述特征的一个示例性的指示是对经过重复循环的复合材料的例如体积、填充密度或孔隙率或尺寸(例如长度)的定性测量。这样，当形成的复合材料的长度被用作指示参数时，形成的复合材料的长度应为所测量的原始长度的至少约80％并且不超过约120％。
本文中使用的“吸留”的动词或名词形式是指吸收或吸附并保留一种物质。例如，被吸留的物质可以是氢。一种物质可以化学方式或以物理方式被吸留，例如通过化学吸附或物理吸附。
本文中使用的“解吸”的动词或名词形式是指一种被吸收或吸附的物质的移除。例如，氢可从活性材料颗粒上被移除。例如，氢可以物理的方式或以化学的方式结合。
本文中使用的“使......固定”是指保持颗粒的状态，以维持相对空间关系。例如，可使活性材料颗粒固定，允许其移动，但在多个氢化/脱氢循环中保持颗粒彼此之间基本处于相同的几何关系。
本文中使用的“金属氢化物颗粒”或“金属氢化物”是指遇氢能够生成金属氢化物的金属颗粒或金属合金颗粒。这种金属或金属合金的实例是LaNi5、FeTi、Mg2Ni和ZrV2。这些化合物是针对以下更宽泛描述的金属氢化物化合物的代表性实例：AB、AB2、A2B、AB5和BCC。当与氢结合时，这些化合物形成金属氢化物复合物，例如MgH2、Mg2NiH4、FeTiH2和LaNi5H6。用于形成金属氢化物的金属的实例包括钒、镁、锂、铝、钙、过渡金属、镧系元素和金属间化合物以及它们的固溶体。
本文中使用的“活性材料颗粒”是指能够储存氢的材料颗粒或可以吸留和解吸氢的材料颗粒，例如金属氢化物。所述的活性材料可以是一种遇氢能够形成金属氢化物的金属、金属合金或金属化合物。例如，活性材料可以是LaNi5、FeTi、一种稀土金属混合物、一种金属混合物或一种矿石，例如MmNi5，其中Mm是指镧系元素的混合物。所述活性材料颗粒可以通过化学吸附、物理吸附或其结合的方式吸留氢。活性材料颗粒还可包括二氧化硅、氧化铝、沸石、石墨、活性碳、纳米结构碳、微米陶瓷(micro-ceramic)、纳米陶瓷、氮化硼纳米管、含钯材料或其结合。
本文中使用的“孔隙率”是指空隙体积与总体积之比(1-体积密度)。
本文中使用的“填充密度”是指活性材料填充的效率。填充密度是活性材料占据复合材料总体积的百分比。例如，填充密度约50％、孔隙率约40％的复合材料由约50体积％的活性材料、约10体积％的非活性材料——例如粘合剂或添加剂——以及约40体积％的空隙构成。
本文中使用的“精细粉末”是指包括小尺寸的颗粒的粉末。例如，精细粉末可基本由粒度小于约100微米的颗粒组成。例如，精细粉末可基本由粒度小于约50微米、约10微米、约1微米或约10纳米的颗粒组成。
参照图1，图1显示了本发明的一些实施方案中制备一种复合储氢材料的方法100的流程框图。将活性材料颗粒制成102一种精细粉末。可将一种粘合剂与所述精细粉末充分混合104，形成一种混合物。可将该混合物充分加热106形成一种复合储氢材料，其中所述的粘合剂使活性材料颗粒充分固定以维持活性材料颗粒之间的相对空间关系。
活性材料颗粒可包括能够储存氢的材料颗粒或吸留和解吸氢的材料颗粒。例如金属氢化物。实例可以是LaNi5、FeTi、Mg2Ni和ZrV2。该活性材料颗粒可制成102一种精细粉末。该精细粉末可例如通过碾磨——例如化学铣削、球磨、高能球磨或喷射研磨或研磨——或通过液体金属雾化以形成小颗粒、或这些方法的结合而形成。
所述的精细粉末可与一种粘合剂混合104，例如热塑性粘合剂。适合的粘合剂的实例包括聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、六氟丙烯偏氟乙烯共聚物、交联共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、热塑性聚酯(例如NylonTM)。如果使用热塑性粘合剂，该粘合剂可以例如是易于熔融加工的，且断裂伸长率(elongation tobreak)可为至少约20％。粘合剂的量可以为混合物重量的约50％或更少。该粘合剂应足够柔韧，以承受注入/释放(氢化/脱氢)的应变，而不会在注入阶段升高的温度下熔化或软化。
该混合物可被加热106以形成一种复合储氢材料。例如，该生成的复合储氢材料的孔隙率可为约0.1％至约50％。例如，复合储氢材料的孔隙率可为约5％至约40％，或约15％至约25％。例如，向金属氢化物复合材料中加入的活性材料的填充密度不应小于约40％。例如，该填充密度可为约45％至约90％、约60％至约80％，或大于约70％。任选地，可对复合储氢材料进行压力处理。压缩压力可为约0.2MPa至约1000MPa，或约100MPa至约400MPa。此外，还可振动该混合物。另一个步骤还可包括复合储氢材料的成型。成型的实例包括压模、注射成型、挤出或其结合。复合储氢材料可被制成一种特定的形状，例如棱柱、小球、薄片、碟形、膜、片、打孔片、棒或其结合。
复合储氢材料可通过使用适当的粘合剂具有足够的结构强度，以承受由活性材料颗粒的注入和释放所引发的应变，而不会导致复合材料破裂。复合储氢材料的结构强度使其可被用作能够耐受金属氢化物颗粒吸收氢而施加的力的承载部件。由于具有这种耐受由颗粒应变产生的力的能力，因此该复合储氢材料能够在多个吸留和解吸循环中保持其结构完整性并保持固体状态。复合储氢材料可制成小球形、碟形、球形、薄片、矩形薄片或任何多孔的形状或几何形状。
任选地，复合储氢材料可包括添加的改进复合材料的热性能或机械性能的成分、添加剂或结构。实例包括石墨薄片、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、聚合物纤维、导热材料、金属蜂巢/晶格、金属纤维、金属丝、金属颗粒、玻璃纤维及其结合。导热材料的实例为铝箔、铝制蜂巢(aluminum honeycomb)、铝粉、碳纤维、碳薄片及类似材料。结构添加剂的实例包括碳薄片、碳纳米管、玻璃纤维、碳纤维、碳纳米纤维及其结合。润滑剂可以是添加剂的一个实例。在制造过程中，复合储氢材料的一部分可任选地被移除，以暴露出该添加的例如作为导热材料和结构添加剂的材料。
此外，还可向复合储氢材料中加入吸附剂或吸收剂材料。该吸附剂或吸收剂材料可吸附或吸收对活性成分有毒性的材料或可能干扰氢化/脱氢过程的材料。一些实例可包括活性碳、氧化钙、其它易于氧化的金属，或“得氧剂(oxygen getter)”。
任选地，还可向复合储氢材料中加入阻燃剂。适合的具体阻燃剂包括，例如硼酸铵鏻(phosphonium ammonium borate)(即磷铵硼(phospho-ammonium boron))；3，4，5，6-二苯并-1，2-氧杂磷-2-氧化物(3，4，5，6-dibemzo-1，2-oxaphosphane-2-oxide)或9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(OPC)[CAS注册号35948-25-5]；氨基磺酸单铵盐(氨基磺酸铵)[CAS注册号7773-06-0]；氧化二正丁基锡(DBTO)[CAS注册号818-08-6]；氧化二正辛基锡(DOTO)[CAS注册号780-08-6]；二乙酸二丁基锡、二乙酸二正丁基锡(NS-8)[CAS注册号1067-33-0]；二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正丁基锡(Stann BL)[CAS注册号77-58-7]；二茂铁；五羰铁；硫酸铵；磷酸铵；氯化锌；及其混合物。
以下是本发明的一些实施方案中复合储氢材料的实施例以及与其相关的方法。
实施例1：
将5克粒径为约1微米或更小的LaNi5粉末与0.2克粒径为约0.1微米或更小的Atofina的2851 kynarflex(聚偏氟乙烯衍生物)级热塑性粉末混合。将该混合物在约100MPa、165℃下，于所需形状的模具中压制成型。然后在保持100MPa压缩压力的条件下将该模具冷却至室温。从模具中脱下的所得部件是多孔的固体复合材料，孔隙率为约28％，质量为5.2克，比重为约5.2，且LaNi5的填充因子为约60％。
实施例2：
将5克粒径为约1微米或更小的LaNi5粉末与0.2克粒径约为1-10微米的石墨片和0.2克粒径为约0.1微米或更小的Atofina的2851kynarflex(聚偏氟乙烯衍生物)级热塑性粉末混合。将该混合物在100MPa、165℃下，于所需形状的模具中压制成型。然后在保持100MPa压缩压力的条件下将该模具冷却至室温。从模具中脱下的所得部件是多孔的固体复合材料，孔隙率为约28％，质量为5.4克，比重为约5.0，且LaNi5的填充因子为约56％。石墨片的添加增加了复合固体的强度和导热性。这种改进的性能有利于改善部件的氢注入速率和结构完整性。
实施例3：
将5克粒径为约1微米或更小的LaNi5粉末与0.2克直径约为10-20微米、长约1-2毫米的聚对苯撑对苯二酰胺(Kevlar)纤维和0.2克粒径为约0.1微米或更小的Atofina的2851 kynarflex(聚偏氟乙烯衍生物)级热塑性粉末混合。将该混合物在约100MPa、165℃下，于所需形状的模具中压制成型。然后在保持100MPa压缩压力的条件下将该模具冷却至室温。从模具中脱下的所得部件是多孔的固体复合材料，孔隙率为约28％，质量为5.4克，比重约4.9，且LaNi5的填充因子约53％。聚对苯撑对苯二酰胺纤维的加入增加了复合材料的强度。
实施例4：
将5克粒径为约1微米或更小的LaNi5粉末与0.2克粒径为约1-10微米的活性碳和0.2克粒径为约0.1微米或更小的Atofina的2851kynarflex(聚偏氟乙烯衍生物)级热塑性粉末混合。将该混合物在100MPa、165℃下，于所需形状的模具中压制成型。然后在保持约100MPa压缩压力的条件下将该模具冷却至室温。从模具中脱下的所得部件是多孔的固体复合材料，孔隙率为约28％，质量为5.4克，比重约4.8，且LaNi5的填充因子为约52％。活性碳的作用是吸附注入过程中可能污染金属氢化物的有害化合物。
参照图2，图2示出了本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料吸留和解吸氢的方法200的流程框图。可将一种复合储氢材料202放置在储存容器204中，以形成一种复合储氢材料-容器结构206。氢可被充分吸留208在一种复合储氢材料-容器结构206之上或之中，以产生一种复合储氢材料-容器结构储存氢210。所述的氢可被解吸212，为复合储氢材料-容器结构206用于另一次的氢吸收/解吸循环做准备。氢的吸收/解吸可重复很多次，例如最多达到约10,000次，或最多达到约100,000次，取决于所使用的氢化物。
复合储氢材料202可被放置在储存容器204中，例如槽或器皿中。例如，复合储氢材料202可用于多孔燃料罐(cellular fuel tank)中，例如描述于Zimmermann在2006年1月9日提交的题为“CellularReservoir and Methods related thereto”的美国临时专利申请60/757,782(代理方卷号2269.004PRV)中的多孔燃料罐，该申请文件的公开内容以全文引用的方式纳入本说明书。
由于其固体形式下的结构强度，复合储氢材料202具有双重功能，即储存氢和保持储氢颗粒具有固定的相对空间关系。因此，复合储氢材料完全实现了耐受由于将氢注入材料而引起的应变的功能。因而用于储存氢的容器210只需设计成仅抵抗系统的气体压力。
参照图3，图3所示为在储存容器内一种典型的储氢材料的吸收/解吸特征的图示。图3示出了一种金属氢化物储氢材料的氢化/脱氢循环中压力-组成-温度(PCT)的曲线图，所述的金属氢化物储氢材料例如为在本发明的一些实施方案中可使用的金属氢化物储氢材料。
参照图4，图4示出了本发明的一些实施方案中与设备400相连通的使用复合储氢材料的储存容器的透视图。储存容器410包括一个外壁408、一个任选的卸压功能件406，以及与外部设备402相连通的端口404。任选的卸压功能件406可以是一种卸压机械装置，例如阀门、弹簧阀、可熔触发器(fusible trigger)、防爆片、横隔膜、或是放空部件，其可与一个槽形成一个整体。端口404可以例如是一个可密封的端口。外部装置可以是例如一个燃料电池系统、一个氢源、一个热泵、一个氢气压缩机、或空调系统。外部设备402还可以例如是气体管理设备，例如调节器、止回阀、开关阀(on/off valve)或其它互联装置(interconnection)。或者，外壁408的一个面的一部分可包括例如一层燃料电池层、燃料电池系统、一个氢源、一个热泵或一个氢气压缩机。
当与燃料电池联用时，可形成紧凑的系统，用于向便携式电子设备提供电能。使用该燃料电池的便携式电子设备的一些实例包括但不限于便携式电话、卫星电话、便携式计算机、计算机附件、显示器、个人音频或视频播放器、医疗器械、电视机、传感器、接收器、包括户外照明或闪光灯在内的照明设备、电子玩具、或任何常规的使用电池的设备。
储存容器410可以是小尺寸的，且任选的卸压功能件406可被整合在储存容器410的设计中。对于较大的储存容器410，可使用压力激活(pressure activated)的卸压装置或温度激活(temperatureactivated)的卸压装置。对于温度激活的卸压装置，激活温度的范围可从约150℃至约400℃。针对压力激活的卸压装置，激活压力可从约200至约1000psi，但还要取决于储存容器410的壁的厚度和强度。
参照图5，图5示出了本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器500的透视图。储存容器500包括一个任选的卸压功能件504和端口506。卸压功能件504是任选的，并且可从储存容器的设计中除去，尤其当容器非常小时，或者容器已被设计成具有一种整体特征，能够停止运行以允许适度地安全卸载内部压力。端口506可用于与任何数量的外部设备(附图中未示出)连通。
参照图6，图6示出了本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器600的截面图，所述复合储氢材料安置于储存容器的一个内壁上。储存容器600包括内壁606和外壁602。复合储氢材料604可被安置在内壁606之内，以在复合储氢材料604和内壁606之间形成空间608。复合储氢材料604可以是基质的形式，该基质可利用一种可熔融加工的聚合物作为粘合剂，例如聚偏氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯。该基质可部分地或全部地充满储存容器600的内部空间。
复合储氢材料604可任选粘附于储存容器600的至少一面内壁606的至少一部分上。例如，该复合储氢材料604可通过使用例如可熔融加工的聚合物粘附。或者，可通过将复合储氢材料604胶合在至少一面内壁606的至少一部分上而进行粘附。例如，可使用的胶的一个实例是环氧胶粘剂或硅酮胶。
参照图7，图7示出了本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器700的截面图，该复合储氢材料作为基质充分填充所述储存容器。所述储存容器700包括内壁706和外壁702。复合储氢材料704可被作为基质安置在内壁702之内，充分填充储存容器700。
参照图8，图8示出了本发明的一些实施方案中使用复合储氢材料的储存容器800的截面图，该复合储氢材料作为储存容器内的基质的多个层。储存容器800包括内壁810和外壁802。复合储氢材料804可以多个层的形式安置在内壁802之中，产生空间806。还可在每层复合储氢材料804之间任选地放置一个传导性部件808。在制备复合储氢材料804时，可除去其结构的一部分以使传导性部件808暴露出来。
例如，可使用复合储氢材料804填充储存容器800以用相同的基础元件制成不同尺寸的储存容器800。这使得可以将复合储氢材料804与其它材料一起安置在储存容器800之内，即如图中所示的将导热部件放置在复合储氢材料804周围。然后，可将一些材料移除，以使复合材料804的具有特殊性能的部分暴露出来，例如将嵌入材料内的导热部件808暴露出来。
参照图9，图9示出了本发明的一些实施方案中复合储氢材料结构900的透视图。复合储氢材料结构900例如可以形成矩形薄片902的形状。截面的局部图图示说明了活性材料904例如金属氢化物和粘合剂908的相互作用，其可形成一个或多个间隙或空间906。空隙906允许氢扩散并在活性材料例如金属氢化物颗粒之间流动，以使氢能够到达形成的复合储氢材料的内部。
尽管对本发明的具体说明和描述参照优选的实施方案进行，但本领域技术人员很容易理解的是，可进行多种变化和改进而不偏离本发明的主旨和范围。意欲将权利要求书解释为覆盖已公开的实施方案、上文中已讨论过的替代方案以及所有与其等同的方案。
依据C.F.R.37第1.72(b)条提供摘要，以使读者能够迅速地确定所公开的技术内容的本质和主旨。应理解的是，提交的摘要不应被用于解释或限制权利要求书中的含义或范围。

Claims (33)

1.一种复合储氢材料，包括：
能够吸留和解吸氢的活性材料颗粒；以及
一种热塑性粘合剂；
其中所述粘合剂使所述活性材料颗粒充分弹性固定以在吸留和解吸氢之前、期间和之后维持所述活性材料颗粒之间的相对空间关系；并且
其中所述复合储氢材料能够抵抗在吸留和解吸氢期间由活性材料颗粒的颗粒应变产生的力，足以独立于储氢容器或在其内部提供承载部件。
2.如权利要求1的复合储氢材料，其中所述活性材料颗粒以物理吸附、化学吸附或其结合的方式吸留氢。
3.如权利要求1的复合储氢材料，其中所述活性材料颗粒包括一种金属氢化物。
4.如权利要求1的复合储氢材料，其中所述活性材料颗粒包括AB、AB2、A2B、AB5、BCC型金属氢化物或其结合物。
5.如权利要求1的复合储氢材料，其中所述活性材料颗粒包括LaNi5、FeTi或MmNi5，其中Mm是指镧系金属的混合物。
6.如权利要求1的复合储氢材料，其中所述活性材料颗粒包括二氧化硅、氧化铝、沸石、石墨、活性碳、纳米结构碳、微米陶瓷、纳米陶瓷、氮化硼纳米管、含钯材料或其结合物。
7.如权利要求1的复合储氢材料，其中所述热塑性粘合剂选自聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、六氟丙烯偏氟乙烯共聚物、交联共聚物和其结合物。
8.如权利要求1的复合储氢材料，还包括一种或多种添加剂。
9.如权利要求1的复合储氢材料，还包括一种导热性添加剂。
10.如权利要求9的复合储氢材料，其中所述导热性添加剂包括铝、石墨片、石墨纤维或其结合物。
11.如权利要求1的复合储氢材料，还包括一种吸附剂添加剂。
12.如权利要求11的复合储氢材料，其中所述吸附剂添加剂能够吸附会干扰活性材料颗粒的储氢功能的材料。
13.如权利要求11的复合储氢材料，其中所述吸附剂包括活性碳。
14.如权利要求1的复合储氢材料，还包括一种结构添加剂。
15.如权利要求14的复合储氢材料，其中所述结构添加剂选自碳薄片、碳纳米管、玻璃纤维、碳纤维、碳纳米纤维及其结合物。
16.如权利要求1的复合储氢材料，还包括一种阻燃剂。
17.如权利要求1的复合储氢材料，还包括一种润滑剂。
18.一种复合储氢材料，包括：
能够吸留和解吸氢的活性材料颗粒；
一种热塑性粘合剂；以及
一种或多种添加剂；
其中所述粘合剂使所述活性材料颗粒和一种或多种添加剂充分弹性固定以在吸留和解吸氢之前、期间和之后维持所述活性材料颗粒与一种或多种添加剂之间的相对空间关系；并且
其中所述复合储氢材料能够抵抗在吸留和解吸氢期间由活性材料颗粒的颗粒应变产生的力，足以独立于储氢容器或在其内部提供承载部件。
19.一种复合储氢材料，包括：
能够吸留和解吸氢的活性材料颗粒；以及
一种热塑性粘合剂，所述粘合剂使所述活性材料颗粒充分弹性固定，以维持所述活性材料颗粒之间的相对空间关系；
其中所述复合储氢材料的孔隙率为约0.1％至约50％，且其中所述活性材料颗粒的填充密度至少为占该复合储氢材料约40％；并且
其中所述复合储氢材料能够抵抗在吸留和解吸氢期间由活性材料颗粒的颗粒应变产生的力，足以独立于储氢容器或在其内部提供承载部件。
20.一种储氢系统，包括：
(A)一个储存容器；
(B)安置在该储存容器中的一种复合储氢材料，其中所述复合储氢材料包括：
能够吸留和解吸氢的活性材料颗粒；以及
一种热塑性粘合剂；
其中所述粘合剂使所述活性材料颗粒充分弹性固定以在吸留和解吸氢之前、期间和之后维持所述活性材料颗粒之间的相对空间关系；以及
其中所述复合储氢材料能够抵抗在吸留和解吸氢期间由活性材料颗粒的颗粒应变产生的力，足以独立于储氢容器或在其内部提供承载部件；
(C)至少一个用于与外部设备相连通的端口。
21.如权利要求20的储氢系统，其中所述外部设备是包括一个燃料电池系统，一个氢源、一个热泵、一个氢气压缩机、一个阀门或一个压力调节器中的一个或多个的设备。
22.一种用于制备复合储氢材料的方法，包括：
(A)形成能够吸留和解吸氢的活性材料颗粒的一种精细粉末；
(B)将一种热塑性粘合剂与所述精细粉末混合以提供一种混合物；以及
(C)充分加热该混合物，以形成一种复合储氢材料，其中所述粘合剂使所述活性材料颗粒充分弹性固定以维持所述活性材料颗粒之间的相对空间关系；并且其中所述复合储氢材料能够抵抗在吸留和解吸氢期间由活性材料颗粒的颗粒应变产生的力，足以独立于储氢容器或在其内部提供承载部件。
23.如权利要求22的方法，还包括在加热所述混合物之后，向所述复合储氢材料上加压。
24.如权利要求22的方法，还包括在加热所述混合物之后，向所述复合储氢材料施加振动。
25.如权利要求22的方法，还包括在研磨之后，将一种添加剂与所述粘合剂和精细粉末混合。
26.一种使用复合储氢材料的方法，该方法包括：
(A)将氢吸留在一种复合储氢材料之上或之中，其中所述复合储氢材料包括：
能够吸留和解吸氢的活性材料颗粒；以及
一种热塑性粘合剂；
其中所述粘合剂使所述活性材料颗粒充分弹性固定以维持所述活性材料颗粒之间的相对空间关系并且所述复合储氢材料能够抵抗在吸留和解吸氢期间由活性材料颗粒的颗粒应变产生的力，足以独立于储氢容器或在其内部提供承载部件；以及
(B)将氢从所述复合储氢材料中解吸。
27.如权利要求26的方法，还包括在解吸氢之后，第二次将氢吸留在复合储氢材料之上或之中。
28.如权利要求27的方法，还包括在第二次将氢吸留在复合储氢材料之上或之中后，第二次将氢从所述复合储氢材料中解吸。
29.如权利要求28的方法，还包括在第二次将氢从所述复合储氢材料中解吸后，第三次或更多次、最高达约100,000次吸留氢和解吸氢。
30.如权利要求29的方法，其中，在吸留氢和解吸氢最高达约100,000次的过程中，所述活性材料颗粒基本保持活性材料颗粒之间的空间关系。
31.一种复合物，包括：
能够吸留和解吸氢的活性材料颗粒；以及
一种热塑性粘合剂；
其中所述复合物形成为一种无支撑的形状，并且其中所述粘合剂使所述活性材料颗粒充分弹性固定以在吸留和解吸氢之前、期间和之后维持所述活性材料颗粒在复合物形状中的相对空间关系。
32.权利要求31的复合物，其中所述无支撑的形状包括棱形、小球、薄片、碟形、棒或其结合。
33.权利要求31的复合物，其中所述复合物通过充分加热混合物以烧结粘合剂而形成。
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