Metalhydridlager til brintbil

En række legeringer er blevet evalueret og de mest lovende er blevet afprøvet med focus på nøgleparametre som brintlagringskapacitet, sorptionsvarme, plateautryk og aktiveringsproces. Konklusionen ud fra disse målinger sammen med resultaterne af forsøg i prøvetanken samt beregninger på forskellige tankudformninger førte til, at legeringen E77 (MmNi5-xSnx) fra GfE er blevet valgt. 150 kg legering svarende til E77 (MmNi5-xSnx), dog med et lidt højere plateautryk, blev bestilt og leveret. Denne legering, E60/6834, er ligeledes blevet karakteriseret med hensyn til nøgleparametrene. Brintlagerkapaciteten ved 25 grader C var 1,32 vgt-%. To prøvetanke indeholdende kg af legering E60 er blevet bygget med henblik på at undersøge opskaleringseffekter samt materialeekspansionen og varmetransmissionen under brint absorption/desorption. Ud fra forsøgene med den første prøvetank kunne det konkluderes, at selve pulveret fungerede tilfredsstillende med en lagerkapacitet på 1,4 vgt-%. Pulveret var let at aktivere, selvom påfyldningen må have medført en vis eksponering til luften. Varmetransmissionen og ekspansionen var som ventet forhold, der skulle tages højde for ved designet af den endelige tank. Anden prøvetank var baseret på en opdeling af lageret i aluminiumsæsker bygget op omkring et vandkølet rør. Aluminiumsæskerne sammen med røret fungerede som varmeveksler mellem metalhydridpulveret og køle/varme-vandet. Forsøgsserien viste, at æskesystemet havde en tilfredsstillende varmetransmission. Op- og afladningshastigheden var henholdsvis 20 min. og 30 min. med højren hydrogen. Navnlig afladningstiden er vigtig i en hydrogenbil, men 92% afladning på 30 min. er tilfredsstillende i forhold til målet for den endelige tank. Selvom æskerne tilsyneladende var meget tætte var der ingen problemer med ind- og udstrømning af hydrogen. Effekten af materialeudvidelsen og sammentrækningen er det for tidligt at konkludere endeligt på efter kun 10 + 15 cykler, men ingen synlig ødelæggelse kunne iagttages. Tilsyneladende løser æskesystemet problemet med varmeoverførsel og materialeekspansion. Derfor besluttedes det, at designe den endelige hybridtank efter æskesystemet. Følsomheden overfor urenheder viste sig ikke at være meget kritisk. Tanken kunne uden videre cykles med teknisk hydrogen (99,9%), dog med noget forlængede lade-/afladetider. Kapaciteten var tilsyneladende ikke påvirket indenfor 15 cykler. På grundlag af kravspecifikationen, det afprøvede metalhydridmateriale og den velfungerende prøvetankkonstruktion blev der designet et 15 Nm3 brintlager. Dette brintlager er opdelt i 3 moduler. Konstruktionen er blevet evalueret sikkerhedsmæssigt af DGC og deres anbefalinger er blevet fulgt. Et enkelt af disse moduler er derefter bygget. Modulet blev aktiveret og afprøvedes derefter med hensyn til kapacitet og aftapningshastighed. Lagerkapaciteten af modulet var 390 g og H2 (4,8 Nm3 brint) i overensstemmelse med de resultater, der var opnået tidligere. Brinttætheden i lageret er 60% højere end i en tilsvarende 200 bar trykbeholder. Aftapningshastigheden var 3,5 timer i modsætning til den forventede aftapningstid på 1 time samt de resultater, der var opnået med testlageret. Dette må skyldes en dårlig varmekontakt et eller flere steder i lageret. På denne baggrund blev der opstillet en specifikation for metalhydridlagermodulet: Påfyldningstryk, max: 50 bar. Aftapningstryk, min: 1 bar. Aftapningsflow: 10 - 50 l/min. Lagerkapacitet: 390 g H2 (4,9 Nm3 brint). Aftapningstid for modul: 3,5 timer. Vægt af metalhydrid: 29 kg. Samlet vægt af modul: 69 kg. Beholder volumen: 17,5 l. På baggrund af de opnåede resultater blev det besluttet ikke at bygge et helt lager dels fordi brinten ikke ville kunne tappes med en tilstrækkelig flowhastighed og dels fordi vægten af et lager til 20 Nm3 vil være omkring 300 kg. Lageret vil kunne bygges når varmetransportproblemet er løst og når vægten af det samlede lager er blevet reduceret. Desuden bør lageret ud fra sikkerhedshensyn konstrueres som en enhed og ikke i moduler