耦合相变材料的LaNi₅储氢反应器性能调控研究

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作   者：

周登波;  吴梓彬;  叶阳;  程宏辉;  刘晶晶;  严凯;  王维龙; 

作者机构：

中山大学材料科学与工程学院;  扬州大学机械工程学院; 

关键词：

阵列式反应器;  传热强化;  相变材料;  LaNi₅;  固态储氢; 

期刊名称：

稀土

i s s n：

1004-0277

年卷期：

2024 年 45 卷 006 期

页   码：

61-71

摘   要：

以LaNi5为代表的金属氢化物储氢材料（MH）因吸/放氢反应温度低、易于活化、可逆吸/放氢性能强等优势，具有广阔的发展前景。然而，此类材料在实际应用中仍面临着储氢反应器内传热阻力大和反应速率慢等问题。因此，本文提出了一种耦合相变材料（PCM）的新型阵列式储氢反应器，旨在构建高比表面积传热界面，强化反应热传递与吸氢反应速率。本文建立了三种不同结构反应器吸氢过程热质传递与反应耦合数理模型，对比分析了耦合PCM反应器的传热优势以及阵列式结构对其性能的进一步强化效果。研究结果表明，外壁面与周边空气自然对流换热型反应器传热效果较差，导致吸氢反应速率较慢。PCM与反应器的耦合显著增加了传热与吸氢反应速率，反应器阵列式结构的构建进一步增大了PCM与MH间换热面积，强化了反应热传递，其平均吸氢速率较非阵列式耦合PCM的反应器提高了46.4%。此外，PCM热物性是影响此类反应器性能的关键，其传热与吸氢速率随着PCM热导率的增加而提高，但随着熔点的升高而降低。