用于氢液体载体储存的系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月17日提交的美国临时申请号62/658,635和2018年8月27日提交的美国临时申请号62/723,331的权益。前述申请中的每一者都通过引用整体并入本文。

本发明总体上涉及一种用于储存氢液体载体和相关化学化合物的系统。特别地，本发明涉及一种用于储存氢液体载体和废氢液体载体的系统，所述废氢液体载体由从氢液体载体释放氢的过程产生。

背景技术：

由于化石燃料供应有限及其对气候和环境的不利影响，寻找清洁、丰富且可持续的替代能源已成为全球的优先事项。虽然太阳、风和氢等源可以满足世界能量需求，但寻找能够高效储存和/或转换能量的材料仍面临相当大的挑战。

在所有燃料中，氢的单位质量能量最高。然而，其低周围温度密度导致每单位体积的低能量，因此需要开发具有更高能量密度潜力的先进储存方法。氢被认为是运输业的理想燃料。然而，为了将氢用于运输目的，仍然需要解决与从氢液体载体生成氢相关的相当大的挑战。

在周围条件下，氢是一种挥发性气体。一千克氢占11m³（~100g/m³）的体积——对于某些基于氢的能量应用来说，这个体积可能不切实际。因此，氢利用的一个目标是通过压缩、液化、吸附到高表面积材料抑或嵌入固体化合物来减少氢体积。固态氢储存可导致最高的氢体积密度，例如，超过液体氢的体积密度多于两倍。从材料的角度来看，其它挑战可包括运输业中使用可能需要的组合的体积和重量氢密度（例如，分别为5.5质量%h2和40kg/m³的h2）、对于工作温度（例如，-40至85℃）合适的热力学稳定性以及足够快的反应动力学以允许快速的氢吸收和输送（例如，几分钟内补充5kg的h2）。

至少出于这些原因，氢储存是氢和燃料电池技术在包括固定电源、便携式电源和运输在内的应用中进步的关键使能技术，诸如金属硼氢化物可提供储氢介质。金属硼氢化物可溶解在液体（诸如水）中，从而产生氢液体载体。金属硼氢化物可能够以每升氢液体载体4重量%h2和40克h2到8重量%h2和80克h2的目标水平储存氢。在适当的温度和压力条件下，金属硼氢化物可释放出可以用作燃料的氢（例如，对于燃料电池）。

目前公开的实施例可解决基于氢的能量系统的储存挑战。所公开的实施例包括例如用于氢液体载体的储存解决方案，以及用于储存与从氢液体载体释放氢的过程相关的各种化学化合物和副产物的解决方案。

技术实现要素：

与公开的实施例一致，提供了用于储存氢液体载体（也称为载体）和废氢液体载体（也称为废载体）的燃料箱。燃料箱可包括基本刚性的外部箱壁，该外部箱壁包括第一腔室和第二腔室。第一腔室可与第二腔室流体分离，并且第二腔室可以包括可动态膨胀和收缩的外壳，该外壳被配置成限定氢液体载体和废氢液体载体之间的动态边界。燃料箱还可包括与第一腔室或第二腔室中的一者流动连通的第一通道以及与第一腔室或第二腔室中的另一者流动连通的第二通道，其中第一通道和第二通道流动连接，使得通过第一或第二通道中的一者的流返回到第一或第二通道中的另一者，并且在流动期间，动态边界改变位置，从而导致第二腔室的体积改变。

与另一个公开的实施例一致，提供了一种用于储存氢液体载体和废氢液体载体的系统。该系统可包括部分定位在第二腔室内的第一腔室，该第一腔室是可动态膨胀和收缩的囊，该囊被配置成限定第一腔室和第二腔室之间的动态边界。该系统还可包括与第一腔室流动连通的第一载体通道、与第二腔室流动连通的第二载体通道、与第一腔室流动连通的第一气体通道、和与第二腔室流动连通的第二气体通道。

与另一个公开的实施例一致，提供了一种用于储存浓缩氢液体载体和废氢液体载体的系统。该系统可包括部分定位在第二腔室内的第一腔室，该第一腔室是可动态膨胀和收缩的囊，该囊被配置成限定第一腔室和第二腔室之间的动态边界。该系统还可包括与第一腔室流动连通的第一载体通道、与第二腔室流动连通的第二载体通道、包括浓缩氢液体载体的载体腔室和液体容纳腔室。

前面的一般描述和下面的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并且不是对权利要求的限制。

附图说明

随附附图不一定是按比例的或详尽的。相反，重点通常放在说明本文描述的本发明的原理上。这些附图被并入并构成本说明书的一部分，说明了与本公开一致的几个实施例，并且与详细描述一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是与公开的实施例一致的用于氢生成的说明性系统。

图2是燃料管线壁的说明性横截面图。

图3a和3b是与公开的实施例一致的燃料箱的说明性横截面图。

图3c是与公开的实施例一致的燃料箱部件的说明性三维视图。

图4a和4b是与公开的实施例一致的可膨胀且可收缩腔室的说明性横截面图。

图5a和5b是与公开的实施例一致的可膨胀且可收缩腔室的说明性三维视图。

图5c是与公开的实施例一致的呈囊形式的可膨胀且可收缩腔室的说明性三维视图。

图6a和6b是与公开的实施例一致的包含气体的燃料箱的说明性横截面图。

图7是与公开的实施例一致的具有压力传感器和流量控制器的燃料箱的说明性横截面图。

图8a是与公开的实施例一致的腔室壁的说明性横截面图。

图8b是包含与公开的实施例一致的坚固和柔性区域的腔室壁的说明性横截面图。

图9a是与公开的实施例一致的具有可替换腔室的燃料箱的说明性横截面图。

图9b和9c是与公开的实施例一致的可替换腔室的说明性三维视图。

图10是与公开的实施例一致的具有可膨胀且可收缩腔室的燃料箱的说明性三维视图。

图11a是与公开的实施例一致的带有附加燃料箱的主燃料箱的说明性横截面图。

图11b是与公开的实施例一致的说明性的基于计算机的控制器的示意图。

图12a和12b是与公开的实施例一致的用于储存氢液体载体和废氢液体载体的系统的说明性横截面图。

具体实施方式

现在将详细参考参照随附附图讨论的示例性实施例。在一些情况下，相同的附图标记将在整个附图和以下描述中用于指代相同或相似的部分。除非另有定义，否则技术和/或科学术语具有本领域普通技术人员通常理解的含义。充分详细地描述了所公开的实施例，以使本领域技术人员能够实践所公开的实施例。应当理解，可利用其他实施例，并且可以在不脱离所公开的实施例的范围的情况下进行改变。因此，材料、方法和示例仅是说明性的，并且不旨在必须是限制性的。

在本发明的各种实施例中，公开了一种用于储存氢液体载体和相关化学化合物和/或副产物的系统，该系统与用于生成氢以给燃料电池供能的氢生成系统10相关联。在图1所示的说明性实施例中，氢生成系统10可包括用于储存氢液体载体的储存系统20。储存系统20可包括具有几个腔室（例如，腔室101和102）的燃料箱、载体出口管线113（箭头114指示氢液体载体的流动）、废载体入口管线115（箭头116指示废载体的流动）、用于产生氢的反应腔室120和用于有助于从氢液体载体生成氢的催化剂121。在图1所示的说明性实施例中，氢流出管线125a（箭头122指示氢流动的方向）可将氢从反应腔室120输送到氢储存腔室126。腔室126然后可经由氢管线125b将氢输送到燃料电池130。

在各种实施例中，氢液体载体可包括金属硼氢化物。在说明性实施例中，金属硼氢化物可包括可由式m¹-bh4描述的任何化学化合物，其中m¹可以是选自元素周期表第一列的金属，或选自元素周期表第一列的金属的合金。在说明性实施例中，金属m¹可包括li、na、k、rb、cs、ca和fr。然而，在一些实施例中，金属m¹可选自元素周期表的第二列，并且可以包括mg和be。替代地，m¹金属也可包括al、ti、be、zn、sc、ca或其他合适的金属。

在一些实施例中，氢液体载体可包括含有多于一种的金属的化学化合物。在说明性实施例中，氢液体载体可包括三元氢化物，其中，化学化合物由式m^1am^1b-h4描述，其中m^1a和m^1b可以是金属。在示例实施例中，m^1a可包括li、na、k、rb、cs、ti、be、zn、fr或其他合适的金属。在示例实施例中，m^1b可包括b、al、ni、zn、be、ca、sc、ti或其他合适的金属。附加地或替代地，氢液体载体可包括四元氢化物，诸如li-b-n-h或由式m^1am^1bm^1c-h4描述的其他合适的四元氢化物。

氢液体载体可包括除金属硼氢化物的水溶液之外的其他化学化合物。例如，氢液体载体可包括提高溶解度的化学品或稳定剂，诸如可溶性金属氢氧化物（例如，氢氧化钠）。其他可用的稳定剂可包括氢氧化钾或氢氧化锂等。氢液体载体的液体成分可包括任何合适的液体。这种液体可包括水或乙醇。氢液体载体还可包括添加剂、稳定剂或其他反应增强剂，诸如作为稳定剂的氢氧化钠、作为表面活性剂的聚乙二醇或凝胶剂的增稠剂。

在各种实施例中，当氢液体载体释放包含在氢液体载体内的至少一部分氢时，废载体可在反应期间形成。在示例实施例中，反应可包括金属硼氢化物（由式m¹-bh4描述）与水的产生氢和金属硼酸盐的反应。

在说明性实施例中，m¹-bh4的水溶液可以用作氢液体载体，并且经由化学反应将释放氢并形成废载体，该废载体将是金属硼酸盐氢液体载体的水溶液。

载体出口管线113可具有各种构型。图2示出了用于载体出口管线113的区域200的一个示例构型。例如，在一些实施例中，载体出口管线113可包括外保护层201、绝缘层202、结构层203和化学惰性层204。在各种实施例中，所描述的层仅是说明性的，并且可存在各种其他合适的层，或者可省略上述的一些层。例如，可存在多于一个合适的结构层。在一些实施例中，出口管线113的一部分可包含形成管线113的第一部分的第一组层，并且另一部分可包含形成管线113的第二部分的第二组层，其中第一管线部分和第二管线部分在接合处连接。

在一些实施例中，外保护层201可包括可保护出口管线113免受与周围环境相互作用的任何层。在示例实施例中，外保护层可包括塑料层（例如，聚氯乙烯或聚四氟乙烯层）或防锈层，其可形成为金属锌层、氧化物层（例如，氧化铝）和/或类似物。在各种实施例中，绝缘层202可包括含有气体的多孔层，以减少或最小化环境温度波动对氢液体载体性质的影响。在示例实施例中，绝缘层中使用的材料可包括由各种合适的材料形成的泡沫，诸如膨胀聚苯乙烯泡沫。

在各种实施例中，结构化层203可由能够降低或防止出口管线113由于管线113内的压力而破裂或泄漏的风险的材料形成。在示例实施例中，结构化层203可包括铜、铝、不锈钢和/或类似物。在一些实施例中，结构化层203可包含内部机械结构（例如，结构化层可由具有增强强度的纤维或增强强度的填料材料的复合材料形成）。

在各种实施例中，化学惰性层204可邻近于氢液体载体沉积，以减少或防止出口管线113的各种层与氢液体载体反应的风险。在各种说明性实施例中，内层204可由热塑性聚烯烃（诸如聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）或聚丁烯-1（pb-1））形成。在一些实施例中，内层204可由聚烯烃弹性体（poe）、聚异丁烯（pib）、乙丙橡胶（epr）、三元乙丙橡胶（m级）或橡胶（epdm橡胶）形成。在一些实施例中，内层204可由含氟聚合物形成，包括但不限于氟化乙烯丙烯（fep）、聚四氟乙烯（ptfe）、全氟烷氧基（pfa）、乙烯和四氟乙烯（etfe）的共聚物和/或类似物。

在各种实施例中，并且类似于图2所示的结构，对于出口管线113，废载体入口管线115（如图1）也可以由几层构造而成。这样的层可包括外保护层201、绝缘层202、结构层203和化学惰性层204，如图2所示。附加地或替代地，系统20的腔室101和/或102可由几层形成，这些层可包括如上所述的外保护层201、绝缘层202、结构层203和化学惰性层204。在各种实施例中，用于入口管线115的惰性层204的组成可不同于用于出口管线113的惰性层204的组成，以便考虑废载体的与形成氢液体载体的化学化合物相比不同的化学化合物。

在各种实施例中，形成废载体入口管线115的壁的所述层仅是说明性的，并且可存在各种其他合适的层，或者可以省略上述的一些层。在一些实施例中，入口管线115的一部分可包含形成管线115的第一部分的第一组层，并且入口管线115的另一部分可包含形成管线115的第二部分的第二组层，其中第一部分和第二部分在接合处连接。在各种实施例中，管线115可包含一个或多个部分。

在各种实施例中，废载体入口管线115可将废载体从反应腔室120输送到腔室101或102中的一者。在说明性实施例中，管线115可进一步包括冷却功能。例如，管线115可包括可以通过向冷却系统（未示出）释放热量而被冷却的至少一部分。在示例实施例中，冷却系统可包括用于在管线115的表面附近循环水以有助于从流经管线115的废载体到循环水的热传递的系统。在示例实施例中，热量可随后被传递到周围环境（例如，经由水-空气对流过程）。

在各种实施例中，氢液体载体可在与催化剂121接触时在反应腔室120中释放氢。催化剂121可包括用于有助于制氢的任何合适的催化剂，并且可包括过渡金属，诸如fe、co、cu、ni、ru、pd、pt、它们的合金以及它们的组合。在各种实施例中，生成的氢可以经由流出管线125a输送到氢储存腔室126，并随后输送到燃料电池130。在各种实施例中，系统10可包括压力传感器和压力泵（图中1中未示出）以监测和控制氢液体载体、废载体的流动和/或通过管线113、115、125a和125b的流动。例如，泵可用于将氢液体载体泵入到加压反应腔室120中。在一些实施例中，当氢从反应腔室120释放并储存在氢腔室126中时，氢液体载体可流入反应腔室120中。在示例实施例中，泵可用于有助于氢从腔室120向腔室126的传递。

在各种实施例中，储存系统20可包括用于储存氢液体载体和废氢液体载体的一个或多个燃料箱100，如图1所示。在各种实施例中，燃料箱可包括基本刚性的外部箱。本文中，术语“基本上刚性的燃料箱”指的是被配置成用于储存液体的外壳，当存在储存在其中的液体时或者当没有液体储存在箱中时，该外壳可保持不变形。例如，在系统10的至少正常操作参数下，系统20的燃料箱100在存在施加到燃料箱100的壁的压力的情况下可保持不变形。

在各种实施例中，燃料箱100可包括一个或多个腔室。在示例实施例中，燃料箱100可包括第一腔室101和第二腔室102。在各种实施例中，燃料箱100的腔室可包括被配置成容纳液体和/或气体的外壳，该外壳具有一个或多个指定的出口或入口管线，以用于将液体和/或气体传递到腔室101和102中和/或从腔室101和102中传递出来。在各种实施例中，将液体和/或气体传递进和/或传递出腔室（例如，腔室101或102）可仅通过指定的出口或入口管线来实现，这可帮助隔离所容纳的液体和/或气体，并避免所容纳的液体和/或气体与腔室101/102外部的环境之间的不期望的相互作用。在各种实施例中，腔室101可与腔室102流体隔离，使得来自腔室101的流体可不直接传递到腔室102。

在各种实施例中，燃料箱100的一个或多个腔室可包括可动态膨胀和收缩的外壳。在示例实施例中，腔室101和102可包括两个腔室之间的动态边界。在示例实施例中，动态边界可包括可移动壁。例如，可移动壁可移动以使腔室101的体积膨胀，并且进而，使腔室102的体积收缩。替代地，可移动壁可移动以使腔室102的体积膨胀和使腔室101的体积收缩。在说明性实施例中，动态边界可包括可折叠壁。例如，可折叠壁可折叠/展开以使一个腔室（例如，腔室101）的体积膨胀并使另一个腔室（例如，腔室102）的体积收缩。附加地或替代地，在说明性实施例中，动态边界可包括可拉伸的壁。例如，可拉伸的壁可拉伸/不拉伸以使一个腔室（例如，腔室101）的体积膨胀并使另一个腔室（例如，腔室102）的体积收缩。

在各种实施例中，动态边界的一部分可包括可移动壁或/和动态边界的一部分可以包括可折叠的壁或/和动态边界的一部分可以包括可拉伸的壁。在各种实施例中，动态边界的一部分可包括坚固（即，基本上不可折叠或不可拉伸）的壁，其中术语“基本上不可折叠”或“基本上不可拉伸”指示坚固壁在燃料箱100的标称（即，允许的）操作条件下不可折叠或不可拉伸。

在各种实施例中，动态边界的可折叠壁可由包括热塑性聚烯烃（诸如，聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）或聚丁烯-1（pb-1））或任何其他合适的材料的材料形成。在一些实施例中，可折叠壁可由聚烯烃弹性体（poe）、聚异丁烯（pib）、乙丙橡胶（epr）、三元乙丙橡胶（m级）或橡胶（epdm橡胶）形成。在一些实施例中，可折叠壁可由含氟聚合物形成，包括但不限于氟化乙烯丙烯（fep）、聚四氟乙烯（ptfe）、全氟烷氧基（pfa）、乙烯和四氟乙烯（etfe）的共聚物和/或类似物。

图3a和3b示出了包括腔室101和102的燃料箱100的横截面图的说明性实施例。在图3a和3b所描绘的说明性实施例中，腔室102可包括呈波纹管形式的可膨胀囊，该可膨胀囊可包括具有可折叠壁311和可移动壁302的动态边界310。在各种实施例中，可折叠壁311也可以是可移动壁，因为壁311的各个部分可相对于形成动态边界310的各个壁段移动。在说明性实施例中，腔室101和102可改变体积。在示例实施例中，当腔室102的体积正在膨胀时，腔室101的体积可减小。如图3a所示，当腔室102处于收缩状态时，腔室101可处于膨胀状态，并且如图3b所示，当腔室102处于膨胀状态时，腔室101可处于收缩状态。图3c示出了图3b的腔室102的构型的各种示例的三维视图。

在各种实施例中，腔室102可部分或全部定位在腔室101内。如本文所使用的，除非另有说明，否则术语“部分在内部”或“完全在内部”可以指腔室102的定位在腔室101的内部体积内的内部体积的量。例如，如果腔室102的一部分内部体积定位在腔室101的内部体积内，则腔室102被称为部分位于腔室101内。替代地，如果腔室102的整个内部体积定位在腔室101的内部体积内，则腔室102被称为完全位于腔室101内。

将腔室102描述为可膨胀或可收缩波纹管的各种实施例仅是说明性的，并且可选择具有动态边界的腔室102的各种其他实施例。例如，图4a和4b示出了与本公开的实施例一致的可膨胀且可收缩腔室102的可能构型的横截面图。在说明性实施例中，如图4a所示，腔室102可具有坚固区域410和柔性区域412。柔性区域412可允许腔室102在例如箭头402所示的方向上膨胀和收缩。

类似于图4a所示的实施例，图4b示出了可径向膨胀和收缩的腔室102的横截面图。在说明性实施例中，腔室102可具有坚固的壁410和柔性区域412。在图5a和图5b中分别示出了图4a和图4的腔室102的说明性三维视图。应当注意，为了使腔室膨胀，端部段（例如，图5a中示出了501区域）可包括可拉伸和/或可折叠的材料。图5b的实施例中的类似区域502也可包括可拉伸和/或可折叠的材料以实现膨胀和收缩（例如，在图5b所示实施例的径向方向上）。上述各种实施例仅是说明性的，并且可采用其他可膨胀且可收缩的腔室102。例如，图5c示出了呈可塌缩囊形式的可膨胀且可收缩腔室102。

在各种实施例中，腔室101和102可被配置成用于容纳液体和/或气体。在图6a所示的说明性实施例中，腔室101可包括被液体占据的区域612和被气体占据的区域622。类似地，腔室102可包含被液体占据的区域613和被气体占据的区域623。在各种实施例中，液体占据区域612可包括氢液体载体，并且液体占据区域613可包括废载体。替代地，液体占据区域612可包括废载体，并且液体占据区域613可包括氢液体载体。在各种实施例中，腔室101和102可与液体和气体管线相关联，以用于将液体和/或气体传递到腔室中和从腔室中传递出来。在示例实施例中，气体可以被传递到腔室101和/或腔室102中，以维持腔室101和102中的期望目标压力水平。在各种实施例中，维持目标压力可促进氢液体载体流入反应腔室120中以及废载体流入燃料箱100中的期望流动特性。在各种实施例中，腔室101和102中存在的气体可包括氮气、空气和/或水蒸气（或任何其他合适的气体）。

在各种实施例中，氢液体载体流可通过出口管线113进入反应腔室120（如图1所示）中。随着氢液体载体从燃料箱100的腔室中的一个（诸如腔室101）流出，腔室101中的压力可降低。结果，形成腔室102的动态边界可移动，从而使腔室102膨胀，并且进而减小与腔室101相关联的体积。在各种实施例中，随着腔室102膨胀，气体可流入或流出腔室102，以维持腔室102中的目标压力。类似地，当氢液体载体从腔室101流出时，腔室101中的压力可通过气体流入或流出腔室101来控制。在各种实施例中，两个腔室中的气压可通过允许腔室101和102在氢液体载体和废载体流动期间通气而被维持在期望的水平处（例如，在周围气体水平处）。

在各种实施例中，废载体流可通过入口管线115进入燃料箱100的腔室102中，如图1所示。当废载体流入腔室102中时，腔室102中的压力可由通气腔室102控制。在各种实施例中，当废载体流入腔室102中时，腔室102可膨胀，并且腔室101可收缩。在说明性实施例中，腔室101可通气以允许腔室102膨胀。在一些实施例中，腔室101中的压力可通过释放腔室101中包含的至少一些气体以允许腔室102膨胀而得到控制。在一些实施例中，气体可流入腔室102中，以维持腔室102中的目标压力。在各种实施例中，两个腔室中的气压可通过允许腔室101和102在废载体流动期间通气而被维持在期望的水平处（例如，在周围气体水平处）。

在各种实施例中，温度和压力传感器可被包括在腔室101和/或102中，以在腔室的操作期间监测温度和压力条件。在示例实施例中，氢传感器可以存在于包含氢液体载体的腔室中，以便评估腔室中氢的形成（例如，以监测氢的形成速率、氢的分压等）。在各种实施例中，一个或多个控制器可用于维持燃料箱100中（例如，腔室101和102中）的期望压力条件。在各种实施例中，腔室101和102内的压力水平可根据反应腔室120中的压力而变化。替代地，腔室101和102中的压力水平可维持在目标水平处，并且压缩机可用于通过对氢液体载体加压而将氢液体载体输送到反应腔室120中。

在各种实施例中，燃料箱100可包含可连接到腔室101的出口113和可连接到腔室102的入口115，如图1所示。入口和出口可流动连接，使得通过出口的流返回到入口（无论是直接还是间接通过一个或多个其他导管、腔室、贮存器等）。在流动期间，腔室102的动态边界被配置成改变位置，从而导致腔室102和腔室101的体积变化。

图7示出了燃料箱100的说明性实施例，其具有用于腔室101的压力传感器p101、用于腔室102的压力传感器p102以及与各种载体和气体出口/入口相关联的压力控制器f101、g101、f102和g102。在说明性实施例中，控制器f101可通过控制反应腔室120中的压力和腔室101和/或102中的压力之间的压差来控制氢液体载体的流动。如果观察到不同于目标压差的压差，则可通过使用压力传感器p101和p102监测腔室中的压力并使气体流入腔室101抑或102中或从腔室101抑或102排气来控制这种压差。

在各种实施例中，可存在气体贮存器以将气体供应到腔室101和/或102中。附加地或替代地，当空气用作用于腔室101和/或102的气体时，空气可从周围环境获得。在各种实施例中，控制器g101可控制气体（例如，氮气、水蒸气或空气等）到腔室101中的流动，以控制燃料箱100的腔室101中的压力。类似地，控制器g102可控制气体到腔室102中的流动，以控制腔室102中的压力。

在各种实施例中，可膨胀且可塌缩腔室102可包括具有多层的可折叠和弹性壁。例如，图8a示出了包含多层的可膨胀/可塌缩腔室的区域800的横截面图。在一些实施例中，腔室102的壁可包括外保护层801、绝缘层802、弹性层803和/或化学惰性层804。形成可膨胀且可塌缩腔室102的壁的所述层仅是说明性的，并且可以存在各种其他合适的层，或者可以省略所述的一些层。在一些实施例中，只有腔室102的一些部分可以由所述层形成，而其他部分可以由坚固材料形成（例如，不包含多层），或者由包含比所述的更多或更少的层的材料制成。在说明性实施例中，化学惰性层804可沉积在腔室102的内表面上，以降低腔室102的壁与储存的液体（诸如，氢液体载体）反应的可能性。在一些实施例中，柔性区域（例如，图4a和4b以及图8b所示的柔性区域412）可由从可折叠和弹性材料形成的多层形成，而坚固区域（例如，图4a和图4b以及图8b中所示的区域410）可由具有保护性化学惰性层804的坚固材料形成。

在一些实施例中，外保护层801可包括由可折叠且弹性的材料形成的任何层，其可保护腔室102的各种层免于与环境相互作用。在示例实施例中，外保护层801可包括塑料层（例如，聚氯乙烯或聚四氟乙烯层）。

在各种实施例中，绝缘层802可包括由多孔可折叠和/或弹性材料（诸如橡胶、多孔橡胶、多孔塑料和/或类似物）形成的层。在各种实施例中，结构化层803可由可折叠和/或弹性材料形成，这可以帮助避免腔室102中的破裂或泄漏。在示例实施例中，结构化层803可由橡胶（例如，epdm橡胶）、聚烯烃弹性体和/或类似物形成。在一些情况下，结构化层803可包含机械支撑结构（例如，结构化层可由具有增强强度的填料材料、纤维等的复合材料形成）。在一些情况下，填料材料可包括橡胶纤维，并且在一些情况下，玻璃或金属纤维（或其他材料的纤维）可用于增强结构化层803。

在各种实施例中，沉积在柔性区域412的表面上的化学惰性层804可由与用于形成沉积在坚固区域410上的化学惰性层805的材料不同的材料形成，如图8b所示。在图8b中由区域820所示的说明性实施例中，层804可以是柔性的和/或弹性的，而层805可不需要层804的柔性和/或弹性要求。在一些情况下，层804可由热塑性聚烯烃形成，诸如聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）或聚丁烯-1（pb-1）、橡胶（诸如，苯乙烯-丁二烯橡胶）、聚烯烃弹性体（poe）、乙烯丙烯橡胶（epr）、聚异丁烯（pib）、乙烯丙烯二烯单体（m级）或橡胶（epdm橡胶），而层805可由可用于形成层804的各种材料形成。在一些实施例中，内层805可由含氟聚合物形成，包括但不限于氟化乙烯丙烯（fep）、聚四氟乙烯（ptfe）、全氟烷氧基（pfa）、乙烯和四氟乙烯（etfe）的共聚物和/或类似物。在一些实施例中，层804可覆盖坚固区域410和层805的一部分（如图8b中的区域814所示），以保护坚固区域410免受区域814中的氢液体载体的影响。

在各种实施例中，腔室102可被配置成可拆卸和可替换的。在图9a所示的说明性实施例中，腔室102可插入腔室101中，并使用附件915（例如，螺栓）附接到腔室101。在说明性实施例中，腔室102可以进一步由腔室盖910固定，腔室盖910可经由附件915附接到腔室101。图9b和9c示出了图9a所示的示例实施例的三维视图。在说明性实施例中，图9b所示的腔室101可包含定位空腔951，该定位空腔951可用于固定可拆卸和可移除的腔室102。在一些实施例中，腔室102可包括定位突起953，该定位突起953可插入空腔951中，以用于将腔室102定位和固定在附接位置914处。图9c示出了完全插入腔室101中并由附件915固定的可移除腔室102的示例性实施例。

将腔室102描述为可膨胀且可收缩的囊的各种实施例仅是说明性的，并且可选择可膨胀且可收缩的腔室102的各种其他实施例。在图10所示的示例实施例中，具有柱塞尖端1001的可移动柱塞1004可用作分隔腔室102和腔室101的动态边界。柱塞尖端1001可如箭头1003所示那样上下移动。在说明性实施例中，废载体流可通过入口管线115引入腔室102中，如箭头1010所示，并且氢液体载体可从腔室101通过出口管线113流出，如箭头1011所示。在示例实施例中，当废载体被引入腔室102中时，柱塞尖端1001可移动以使腔室102膨胀和使腔室101收缩。

在各种实施例中，系统20可包括一个或多个燃料箱。图11a示出了包括主燃料箱1101和冷启动燃料箱1102的系统20的说明性实施例。在各种实施例中，燃料箱1101可对应于如上所述的燃料箱100。在各种实施例中，箱1102可流体连接到腔室101，并且可被配置成包含氢液体载体。在各种实施例中，箱1102中的氢液体载体的温度和压力可维持在目标值的范围内，以便减轻与用于从反应腔室120中的氢液体载体释放氢的反应的启动相关联的延迟。在示例实施例中，箱1102可包含通过冷却或加热箱1102而维持在目标温度和/或压力处的氢液体载体。如果需要冷却，则可使用任何合适的冷却方法（例如，液体冷却，包括水冷却）通过在箱1102表面附近（邻近）流动的水或任何其他合适的液体冷却剂通过用于输运液体的一组通道来冷却箱1102。如果期望加热氢液体载体（例如，由于周围环境温度低），可使用加热元件1103加热箱1102。加热元件1103可经由传导加热（例如，电阻加热）、感应加热、对流加热（例如，在箱1102的表面附近流动加热的液体）、或者在一些情况下辐射加热（例如，红外线加热）来加热箱1102。

在各种实施例中，加热元件1103可重复使用来自系统20的各种部件的热量。例如，加热元件1103可以是液体冷却系统的一部分，该液体冷却系统可用于冷却系统20的各种部件并将热量传递给液体冷却系统的液体。在说明性实施例中，液体冷却系统可用于冷却反应腔室120、氢储存箱126或燃料电池130。另外，当系统20是车辆的一部分时，液体冷却系统可用于冷却各种车辆部件，诸如车辆的发动机、车辆的制动器等。在各种实施例中，传递到液体冷却系统的液体的热量可用于加热元件1103，以加热燃料箱1102中的氢液体载体。在各种实施例中，加热元件1103可使用不同的能量源和热源来加热燃料箱1102中的氢液体载体。例如，加热元件1103可使用电能或化学能（例如，来自电池的能量、或来自气体或汽油的能量、或来自储存在腔室126中的氢的能量）来在系统20启动期间加热第一量的氢液体载体。在系统20的操作期间，从液体冷却系统的液体接收的热量可用于维持燃料箱1102中的氢液体载体的足够温度。在各种实施例中，第一量的氢液体载体可足够小以被快速加热（例如，第一量的氢液体载体可以在几分钟内被加热）。

在说明性实施例中，氢液体载体可包含可降低氢液体载体的冻结温度的添加剂。在示例实施例中，添加剂可包括甘油、乙二醇等。附加地或替代地，燃料箱1102可维持单独的气密隔离和/或绝热腔室，以用于储存可用于系统20启动的第一量的氢液体载体。在示例实施例中，隔热腔室可包括围封真空的双壁腔室。

在各种实施例中，为了维持储存在箱1102中的氢液体载体的目标温度和压力值，温度和压力传感器可与各种控制器结合使用，以用于调节箱1102内的温度和压力。例如，如图11所示，温度传感器t1102可测量氢液体载体的温度，温度传感器t1111可测量周围环境的温度，压力传感器p1102可测量氢液体载体的压力，并且控制器f1102和g1102可以分别控制氢液体载体的流量和气体的流量。另外，加热单元控制器1104可控制来自加热元件1103的热传递。

在图11b所示的说明性实施例中，与控制箱1102的温度和压力相关联的计算机模块1120可用于处理来自传感器t1102、t1111、p1102的数据，并指导控制器f1102、g1102和加热单元控制器1104影响箱1102内的温度和压力，以便将氢液体载体的温度和压力维持在目标值的范围内。在一些实施例中，计算机模块1120可包括用于从用户获得输入的用户控制界面。例如，用户可指示燃料箱1102内的氢液体载体的温度值可相对于标称值增加或减少。在一些实施例中，温度和压力值可能需要由用户调节，因为氢液体载体的温度和压力可取决于添加到储存在箱1102中的氢液体载体的各种添加剂。在一些实施例中，氢液体载体的温度和压力可取决于金属硼氢化物的水的浓度。注意，控制器f1102、g1102和加热单元控制器1104可同时或连续使用，以将氢液体载体的温度和压力维持在目标值的范围内。

在各种实施例中，系统10可安装在车辆中。为了增加车辆的行驶距离，系统20可包括或依赖于大量可溶解在诸如水的液体中的氢液体载体。这种氢液体载体可包括例如以浓缩溶液或以粉末形式储存的金属硼氢化物。在图12a所示的说明性实施例中，系统20可包括用于储存氢液体载体1230的浓缩溶液的储存箱1208。溶液1230可以被配置成可流动的，并且可经由管线1203流入混合腔室1202中，混合腔室1202可包括可膨胀且可收缩的外壳。系统20可包括用于储存废氢液体载体1205的腔室1201，废氢液体载体1205可以经由入口115输送到腔室1201。

在各种实施例中，控制器1204可用于控制从腔室1208到腔室1202中的流动。在各种实施例中，腔室1220可储存液体1232，诸如水。在说明性实施例中，液体1232可经由导管1221从腔室1220流入腔室1202中。在各种实施例中，液体1232和溶液1230可以在腔室1202中混合，以产生氢液体载体的水溶液，氢可以在反应腔室120中从该水溶液释放。在各种实施例中，控制液体1232和溶液1230的量，以产生氢液体载体的适当水溶液。

在一些实施例中，混合元件可被包括在腔室1202内，以用于适当地混合液体1232和溶液1230。在一些实施例中，混合元件可包括可移动的混合表面，诸如可移动的叶片。在一些实施例中，混合可伴随腔室1202的旋转和移动。在一些实施例中，腔室1202可包括内部突起，用于在腔室1202旋转和移动期间混合液体1232和溶液1230。用于混合液体1232和溶液1230的各种描述的实施例仅是说明性的，并且各种合适的混合方法可用于均化氢液体载体的水溶液。

在图12a所示的说明性实施例中，氢液体载体的水溶液可经由导管1272流到过滤单元1260，用于过滤各种成分（例如，过滤单元可过滤存在于氢液体载体中的不想要的添加剂和清洁剂、污染物等），然后经由出口113流向反应腔室120，如箭头1213所示。在各种实施例中，过滤单元1260可包括过滤块（例如，无纺聚烯烃膜）。

在图12b所示的说明性实施例中，腔室1201可用作用于混合浓缩的氢液体载体1230和液体1232（例如水）的腔室。浓缩载体1230可被配置成可流动的，并且可经由管线1203流入混合腔室1201中，该混合腔室1201可包括用于混合载体1230和液体1232的元件。在说明性实施例中，液体1232可经由导管1221从腔室1220流入腔室1201中。氢液体载体的水溶液可经由导管1272流到反应腔室120。如图12b所示，系统20可包括腔室1202，腔室1202可包括可膨胀且可收缩的外壳。腔室1202可用于储存可以经由入口115输送到腔室1202的废氢液体载体1205。

在一些实施例中，系统20可包括用于储存额外的化学化学化合物的额外储存箱，该额外的化学化学化合物可用于形成用于氢液体载体的溶液。这种化学化学化合物可包括提高溶解度的化学品或稳定剂，诸如可溶性金属氢氧化物，诸如koh等。液体溶剂可包括能够与含氢化学化合物反应的任何液体（例如，金属硼氢化物），并且可包括但不限于水。液体溶剂还可包括添加剂、稳定剂或表面活性剂或许多其他物质。在各种实施例中，液体和含氢化学化合物的混合物可产生胶体或悬浮液。

在系统20的各种实施例中，几个燃料箱可用于储存各种类型的氢液体载体。在示例实施例中，各种类型的氢液体载体可包括，诸如金属硼氢化物，但是可具有不同的物理和/或化学性质。例如，系统20可储存第一和第二氢液体载体，其中第一氢液体载体是快速反应燃料，并且第二氢液体载体是高能量密度燃料。快速反应氢液体载体可以以比高能量密度氢液体载体更快的速率生成氢。在一些实施例中，快速反应燃料可在比高能量密度燃料更低的温度和压力下生成氢。在各种实施例中，高能量密度燃料可以以比快速反应燃料更慢的速率释放氢，但是可包含按重量或按体积或两者计都比快速反应燃料更多的氢。在一些实施例中，快速反应燃料可用于系统20的启动，并用于以高功率操作的车辆，而与利用快速反应燃料的高功率值相比，高能量密度燃料可用于以较低功率操作的车辆。

系统20可储存其他燃料。在示例实施例中，系统20可具有用于为内燃机储存燃料的一个或多个箱，除了电动发动机之外，内燃机可以存在于车辆中。

在各种实施例中，系统20可被配置成接收氢液体载体并排放废载体。例如，当安装在车辆中时，系统20可被配置成从合适的载体站分配器接收氢液体载体，并将废载体排放到载体站。在示例实施例中，系统20可包括连接到燃料箱100的腔室101的入口，以用于从载体分配器接收氢液体载体，并且可包括连接到燃料箱100的腔室102的出口，以用于排放废载体。在各种实施例中，接收和排放过程可同时或单独发生。在一些实施例中，气体（例如，空气、氮气或水蒸气）可在接收载体或分配废载体期间被供应到腔室102抑或腔室101。在一些实施例中，载体站分配器可用于接收氢液体载体和用于分配废载体。

前面的描述是为了说明的目的而给出的。它不是详尽的，并且不限于所公开的精确形式或实施例。考虑到说明书和所公开实施例的实践，实施例的修改和改编将是显而易见的。例如，虽然某些部件已经被描述为彼此联接，但是这种部件可以彼此集成或者以任何合适的方式分布。

此外，虽然本文已经描述了说明性实施例，但是范围包括具有等同元素、修改、省略、组合（例如，遍及各种实施例的各方面的）、基于本公开的修改和/或变更的任何和所有实施例。权利要求中的元素将基于权利要求中采用的语言被广义地解释，并且不限于在本说明书中描述的或者在申请过程期间描述的示例，这些示例将被解释为非排他性的。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式修改，包括重新排序步骤和/或插入或删除步骤。

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