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作者：郭天磊;杨宇宸;侯雄坡;宋航;杨福胜;张早校;吴震;王天亮;
单位：西安交通大学化学工程与技术学院;中国一重集团有限公司;
摘要：氢能被认为是减少碳排放和解决化石能源枯竭的清洁能源之一。然而，储氢技术是发展氢能的瓶颈。固态储氢具有质量储氢密度高、储氢压力低和安全性高的优势，是一种理想的储氢方式。在低压和常温下固态稀土合金LaNi_5具有抗毒性好、易活化和吸放氢速度快等优点，但质量储氢密度比其他常温固态储氢合金的低。将应力低且均匀的AB_5型等固态储氢容器有效地适应重卡结构，实现储氢容器的异形化及与载具底盘车架的一体化设计。同时，采用轻质合金设计储氢容器，实现一体化储氢系统的轻量化。降低AB_5型储氢合金的质量储氢密度低对一体化储氢系统带来的不利影响。设计Q345R、钛合金、 6061铝和LA103Z等材质的储氢容器。同一工况下，容器筒体的厚度分别为6, 4, 7和11 mm；容器的质量分别为24.4, 9.2, 9.9和8.7 kg；系统的质量储氢密度分别为1.04%, 1.23%, 1.22%和1.24%（质量分数）。其中LA103Z材质储罐的一体化储氢系统质量最轻，储氢密度最高，低质量储氢密度的稀土储氢合金对其一体化系统储氢密度的不利影响最小。与现阶段主流的35 MPa铝内胆碳纤维全缠绕复合材料储氢瓶相比，一体化储氢系统可为重卡节省62.5 L·kg~(-1) H_2的载货空间。针对重质Q345R储罐，进行基于稀土镧镍系，钛铁系，钛锰系，钒基固溶系等常温储氢材料一体化储氢系统的对比分析。基于钛锰系合金一体化储氢系统的储氢量（30.5 kg）和储氢密度（1.36%）最高，基于钒基固溶系合金的一体化储氢系统最有利于轻量化设计。固态储氢材料吸氢膨胀会对固态储氢容器内部产生较大的应力（膨胀应力），严重时会导致容器变形甚至开裂。建立考虑储罐内储氢材料吸氢体积膨胀和热膨胀的储氢容器应力应变模型。采用有限元法对固态储氢容器进行应力应变分析，综合考虑了储氢容器内部氢气压力，吸放氢过程中储氢合金热膨胀和体积膨胀产生的应力，储氢容器外表面的受力。分析结果表明，Q345R、钛合金、 6061铝和LA103Z储氢容器的等效应力最大值分别是116.09, 173.16, 130.19和100.42 MPa，均未超过材料的抗拉强度和屈服强度；等效弹性应变最大值分别是0.000599, 0.00156, 0.00213和0.00246 mm·mm~(-1)，应变最大值均在微米级。
关键词：固态稀土储氢容器;;一体化设计;;储氢密度;;应力;;储氢系统
基金资助：国家自然科学基金项目(52176203);; 陕西省重点研发计划项目(2024CY2-GJHX-19);; 长庆工程设计有限公司项目(2025-CQSJ-F008)资助
