复合储氢膜材、其制备方法以及储氢罐与流程

本发明涉及储氢，特别是涉及一种复合储氢膜材、其制备方法以及储氢罐。

背景技术：

1、氢能是一种重要的二次能源，氢气可以通过电解水获得，而氢气的燃烧产物也是水，并且氢气还具有燃烧热值高的优点，因此氢能被认为是一种较为理想的适合于可持续发展的清洁能源。另外，氢能具有移动方便以及适用场景广的优点，因此还有望成为电能体系的补充能源。

2、如何高效且安全地储存氢气是制约氢能进一步发展的重要因素。目前的储氢方式包括气态储氢、液态储氢和固态储氢。气态储氢指的是将氢气压缩后储存于耐高压的容器中，但是这对于容器本身的性能具有较高的要求。液态储氢指的是将氢气加压液化之后进行储存，这同样对于容器的具有较高的要求，并且还存在较大的安全隐患。固态储氢指的是在储氢罐中填充能够与氢气反应的金属粉末材料，然后向储氢罐中注入氢气并通过例如加压或降温的方式使氢气与金属粉末材料结合。待需要使用时再对储氢材料进行加热以释放使得氢气脱离金属粉末材料。

3、与其他能够吸氢的金属相比，金属钒具有较高的氢储量，但是通过金属钒储氢存在储氢可逆性较差的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了提高金属钒储氢的可逆性，并提高金属钒吸收氢气和释放氢气的速率，有必要提供一种复合储氢膜材。

2、根据本公开的一些实施例，提供了一种复合储氢膜材，该复合储氢膜材包括：衬底以及设置于所述衬底上的储氢层，所述衬底为柔性衬底，所述衬底和所述储氢层整体具有多层卷曲状结构，所述储氢层覆盖于所述衬底上，所述储氢层包括多层钒金属层和多层铌金属层，所述钒金属层和所述铌金属层依次交替层叠设置于所述衬底上，且相邻的所述钒金属层与所述铌金属层之间相互接触。

3、在本公开的一些实施例中，所述钒金属层的厚度为5nm~20nm。

4、在本公开的一些实施例中，所述铌金属层的厚度为1nm~10nm。

5、在本公开的一些实施例中，所述储氢层的孔隙率为10%~50%。

6、在本公开的一些实施例中，在所述储氢层中，与所述衬底相距最远的层为所述铌金属层。

7、进一步地，本公开还提供了一种制备如上述任一实施例所述的复合储氢膜材的方法，其包括如下步骤：

8、提供所述衬底；

9、在所述衬底上溅射钒金属多次和铌金属多次，以分别形成多层所述铌金属层和多层所述钒金属层，在溅射过程中，交替溅射所述钒金属和所述铌金属。

10、在本公开的一些实施例中，在已经制备的所述钒金属层上溅射铌金属时，控制溅射功率以使得铌原子嵌入所述钒金属层中。

11、在本公开的一些实施例中，在溅射钒金属的步骤中，控制溅射的功率密度为10w/cm2~20w/cm2。

12、在本公开的一些实施例中，在溅射铌金属的步骤中，控制溅射的功率密度为15w/cm2~30w/cm2。

13、在本公开的一些实施例中，在溅射钒金属多次和溅射铌金属多次的过程中，还包括如下步骤：

14、向沉积腔室中通入气化剂，使所述气化剂附着于在先制备的钒金属层或铌金属层上；

15、继续在附着有所述气化剂的所述钒金属层或铌金属层上交替溅射钒金属和铌金属，然后对所述衬底进行升温处理以使得所述气化剂挥发。

16、在本公开的一些实施例中，向所述沉积腔室中通入气化剂的步骤在溅射钒金属之后进行，以使得所述气化剂附着于在先制备的钒金属层上。

17、在本公开的一些实施例中，所述气化剂为水。

18、根据本公开的又一些实施例，还提供了一种储氢罐，该储氢罐包括罐体和根据上述任一实施例所述的复合储氢膜材，所述复合储氢膜材设置于所述罐体中。

19、本公开提供的复合储氢膜材中，包括衬底以及设置于所述衬底上的储氢层，衬底和储氢层整体具有多层卷曲状结构，储氢层仿形覆盖于衬底上。并且，储氢层包括依次交替层叠设置的钒金属层和铌金属层，且相邻的钒金属层与铌金属层之间相互接触。

20、相较于单一的钒金属，通过设置与钒金属层交替的铌金属层，能够使得铌金属层与钒金属层之间的界面处形成类似于合金的结构，并使得钒金属层发生晶格缺陷。进一步地，将交替层叠设置的钒金属层和铌金属层设置于衬底上并整体形成多层卷曲状结构，不仅能够有效提高储氢层的整体有效吸氢面积，还能够通过卷曲的结构使靠近衬底的钒金属层发生结构变形，增加整体的晶格缺陷。这一方面能够降低钒氢化物的稳定性，使得氢气更易于吸收和释放。另一方面还能够借助于铌金属层支撑钒金属层以保持钒金属层整体的结构稳定性，防止钒金属层由于体积变化而产生的脱粉问题，进而提高钒金属层储氢的可逆性。

技术特征：

1.一种复合储氢膜材，其特征在于，包括：衬底以及设置于所述衬底上的储氢层，所述衬底为柔性衬底，所述衬底和所述储氢层整体具有多层卷曲状结构，所述储氢层覆盖于所述衬底上，所述储氢层包括多层钒金属层和多层铌金属层，所述钒金属层和所述铌金属层依次交替层叠设置于所述衬底上，且相邻的所述钒金属层与所述铌金属层之间相互接触。

2.根据权利要求1所述的复合储氢膜材，其特征在于，所述钒金属层的厚度为5nm~100nm；和/或，

3.根据权利要求1~2任一项所述的复合储氢膜材，其特征在于，所述储氢层中具有微孔，所述储氢层的孔隙率为10%~50%。

4.根据权利要求3所述的复合储氢膜材，其特征在于，在所述储氢层中，与所述衬底相距最远的层为所述铌金属层。

5.一种制备如权利要求1~4任一项所述的复合储氢膜材的方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在已经制备的所述钒金属层上溅射铌金属时，控制溅射功率以使得铌原子嵌入所述钒金属层中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在溅射钒金属的步骤中，控制溅射的功率密度为10w/cm2~20w/cm2；和/或，

8.根据权利要求5~7任一项所述的方法，其特征在于，在溅射钒金属多次和溅射铌金属多次的过程中，还包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，向所述沉积腔室中通入气化剂的步骤在溅射钒金属之后进行，以使得所述气化剂附着于在先制备的钒金属层上；和/或，

10.一种储氢罐，其特征在于，包括罐体和根据权利要求1~4任一项所述的复合储氢膜材，所述复合储氢膜材设置于所述罐体中。

技术总结
本公开提供了一种复合储氢膜材、其制备方法以及储氢罐。该复合储氢膜材包括：衬底以及设置于衬底上的储氢层，储氢层覆盖于衬底上，储氢层包括多层钒金属层和多层铌金属层，钒金属层和铌金属层依次交替层叠设置于衬底上，且相邻的钒金属层与铌金属层之间相互接触。这一方面能够降低钒氢化物的稳定性，使得氢气更易于吸收和释放。另一方面还能够借助于铌金属层支撑钒金属层以保持钒金属层整体的结构稳定性，防止钒金属层由于体积变化而产生的脱粉问题，进而提高钒金属层储氢的可逆性。

技术研发人员：易典,王荣福
受保护的技术使用者：深圳市汉嵙新材料技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14