包含可氫化材料和聚合基質的氫儲器的制作方法

21世紀的較大挑戰之一是提供替代能源。眾所周知，化石能量載體的資源，如石油或天然氣有限。氫氣是在此令人感興趣的替代品。氫氣（H₂）本身雖然不是能源，而是首先必須利用其它能源制備。但是，與借助例如太陽能直接生成的電流相比，氫氣可以儲存和運輸。此外，氫氣可以以不同方式，例如在燃料電池中或通過直接燃燒再次轉化成能量。形成的唯一廢物是水。但是，使用氫氣時的一個缺點在于其易燃，并且與空氣的混合產生極易爆炸的混合物，所謂的氫氧氣。

為了運輸或儲存，安全儲存因此也是一大挑戰。

氫氣不能容易地儲存在氫儲器中，然后回收，因為氫氣具有所有氣體中的最小分子。US 2006/0030483 A1描述了據說是氫儲器的中空微球。US 2012/0077020 A1和US 2013/0136684 A1公開了使用碳作為氫儲器中的基質材料。在DE 60 030 221 T2中闡述了在電池電極中的氫氣儲存。

本發明的目的是提供與現有技術相比具有改進的性質，尤其具有延長的使用壽命的氫儲器。

提出具有權利要求1的特征的氫儲器、具有權利要求12的特征的制造氫儲器的方法和具有權利要求14的特征的用于制造氫儲器的裝置。有利的特征、實施方案和擴展方案從下列說明書、附圖以及權利要求書中顯而易見，其中來自一個實施方案的各個特征不限于其。相反，來自一個實施方案的一個或多個特征可以與另一實施方案的一個或多個特征組合以提供進一步的實施方案。特別地，各個獨立權利要求也可以各自互相組合。獨立權利要求的措辭不應被視為對要求保護的主題的限制。因此可以更換和省略，也可另外補充權利要求措辭的一個或多個特征。也可以以一般化形式使用借助具體實施例引述的特征，或同樣可以在其它實施例，尤其是用途中使用它們。

本發明涉及氫儲器，其包含可氫化材料和在其中嵌入可氫化材料的基質，其中所述基質包含至少一種聚合物。基質和可氫化材料一起形成復合材料。

術語“氫儲器”描述可儲存氫氣的儲存容器。在此可以使用傳統儲氫和貯氫方法進行，例如壓縮氣體儲存，如通過用壓縮機壓縮而儲存在壓力容器中，或液化氣體儲存，如通過冷卻和壓縮以液化形式儲存。另外替代性的儲氫形式基于固體或液體，例如金屬氫化物儲器，如作為氫和金屬或合金之間的化合物儲存，或吸附儲氫，如氫氣吸附儲存在高度多孔材料中。此外，為了儲存和輸送氫氣，還可能有暫時將氫鍵合到有機物質上以產生可不經加壓而儲存的液體化合物（所謂的“化學鍵合氫”）的氫儲器。

氫儲器可包含例如與氫氣反應形成氫化物（金屬氫化物）的金屬或金屬合金。這一儲氫過程也被稱作氫化并伴隨著放熱進行。其因此是放熱反應。在氫化中儲存的氫氣可在脫氫中再釋放。在此必須供熱，因為脫氫是吸熱反應。相應的氫儲器因此可具有兩種極端狀態：1) 儲氫材料載滿氫氣。該材料完全為其氫化物形式；和2) 儲氫材料沒有儲存氫氣，因此該材料為金屬或金屬合金的形式。

術語“復合材料”描述由兩種或更多種復合的材料構成的復合體。在這種情況下，將第一材料，在本情況中為可氫化材料，嵌入第二材料，即基質中。該基質可具有開孔或閉孔。該基質優選是多孔的。通過一種材料嵌入另一材料，可補充例如否則僅各獨立組分具有的材料性質。就復合材料的性質而言，組分的物質性質和幾何是重要的。特別地，尺寸效應通常起到一定作用。例如通過材料配合（Stoffschluss）或形狀配合（Formschluss）的方式或兩者的組合實現結合。由此例如能將可氫化材料牢固定位在基質中。

除所述至少一種聚合物外，該基質還可包含一種或多種附加組分，例如用于導熱和/或傳導氣體的材料。

該基質根據本發明可包含一種或多種聚合物并因此被稱作聚合基質。該基質因此可包含一種聚合物或兩種或更多種聚合物的混合物。該基質優選包含僅一種聚合物。特別地，該基質本身可以是儲氫的。例如，可以使用乙烯（聚乙烯，PE）。優選使用鈦-乙烯化合物。在一個優選實施方案中，其可儲存最多14重量%的氫氣。

術語“聚合物”描述由直鏈或支化分子構成的化合物，所謂的大分子，其又由相同或同類的單元，所謂的結構重復單元構成。合成聚合物通常是塑料。

通過使用至少一種聚合物，該基質可賦予該材料良好的光學、機械、熱和/或化學性質。例如，通過該聚合物，該氫儲器可具有在沒有該聚合物時否則不可能實現的良好的溫度穩定性、對周圍介質的耐受性（抗氧化性、耐腐蝕性）、良好的傳導性、良好的氫氣吸收和儲存能力或其它性質，例如機械強度。也可以使用例如不能儲氫但能夠高膨脹的聚合物，例如聚酰胺或聚乙酸乙烯酯。

根據本發明，該聚合物可以是均聚物或共聚物。共聚物是由兩種或更多種不同類型的單體單元構成的聚合物。由三種不同單體構成的共聚物被稱作三元共聚物。根據本發明，該聚合物例如也可包括三元共聚物。

該聚合物（均聚物）優選具有除碳和氫外優選另外包含至少一個選自硫、氧、氮和磷的雜原子的單體單元，以使所得聚合物，不同于例如聚乙烯，不是完全非極性的。也可以存在至少一個選自氯、溴、氟、碘和砹的鹵素原子。該聚合物優選是共聚物和/或三元共聚物，其中至少一種單體單元除碳和氫外另外包含至少一個選自硫、氧、氮和磷的雜原子和/或存在至少一個選自氯、溴、氟、碘和砹的鹵素原子。也可能兩種或更多種單體單元具有相應的雜原子和/或鹵素原子。

該聚合物優選對儲氫材料具有粘附性質。這意味著其很好粘附到儲氫材料本身上并因此形成甚至在如儲氫過程中出現的應力下也穩定粘附到儲氫材料上的基質。

該聚合物的粘附性質能使該材料穩定引入氫儲器中并使該材料經盡可能長的時期，即經多個氫氣儲存和氫氣釋放周期定位在氫儲器中的特定位置。一個周期描述單次氫化和隨后脫氫的操作。該儲氫材料應優選穩定至少500個周期，尤其至少1000個周期，以能夠經濟地使用該材料。“穩定”在本發明中是指可儲存的氫氣量和儲氫速度甚至在500或1000個周期后也基本相當于開始使用該氫儲器時的值。特別地，“穩定”是指將可氫化材料至少大致保持在氫儲器內的其最初引入該氫儲器中的位置。“穩定”應尤其被理解為在周期過程中不發生較細顆粒與較粗顆粒分離并從中除去的分離效應。

本發明的儲氫材料尤其是低溫儲氫材料。在儲氫過程中（這是放熱過程），因此出現最多150℃的溫度。用于相應儲氫材料的基質的聚合物必須在這些溫度下穩定。優選的聚合物因此直到180℃的溫度，尤其直到165℃的溫度，尤其直到145℃也不分解。

更特別地，該聚合物是具有100℃或更高，尤其是105℃或更高，但小于150℃，尤其小于140℃，特別是135℃或更小的熔點的聚合物。優選地，根據ISO 1183在20℃下測定的該聚合物的密度為0.7克/立方厘米或更大，尤其是0.8克/立方厘米或更大，優選0.9克/立方厘米或更大，但最大1.3克/立方厘米，優選不大于1.25克/立方厘米，尤其是1.20克/立方厘米或更小。根據ISO 572的拉伸強度優選為10 MPa至100 MPa，尤其是15 MPa至90 MPa，更優選15 MPa至80 MPa。根據ISO 527的拉伸彈性模量優選為50 MPa至5000 MPa，尤其是55 MPa至4500 MPa，更優選60 MPa至4000 MPa。已經發現，令人驚訝地，具有這些機械性質的聚合物特別穩定并具有良好可加工性。特別地，它們能實現基質和嵌在其中的可氫化材料之間的穩定粘附，以使可氫化材料經多個周期長久保持在氫儲器內的相同位置。這實現該氫儲器的長使用壽命。

優選地，在本發明中，該聚合物選自EVA、PMMA、EEAMA和這些聚合物的混合物。

EVA（乙酸乙烯酯）是指具有2重量%至50重量%的乙酸乙烯酯含量的一類由乙烯和乙酸乙烯酯構成的共聚物。較低乙酸乙烯酯含量導致形成硬質薄膜，而較高含量導致該聚合物的更高粘附性。典型EVA在室溫下是固體并具有最多750%的拉伸應變。此外，EVA是應力開裂耐受性。EVA具有下列通式(I):

(式(I))。

EVA在本發明中優選具有0.9克/立方厘米至1.0克/立方厘米的密度（根據ISO 1183）。根據ISO 527的屈服應力尤其為4至12 MPa，優選5 MPa至10 MPa，特別是5至8 MPa。尤其合適的是具有大于12 MPa，尤其大于15 MPa且小于50 MPa，尤其小于40 MPa，特別是25 MPa或更小的拉伸強度（根據ISO 527）的那些EVA。斷裂伸長率（根據ISO 527）尤其為> 30%或> 35%，特別是> 40%或45%，優選> 50%。拉伸彈性模量優選為35 MPa至120 MPa，特別是40 MPa至100 MPa，優選45 MPa至90 MPa，尤其是50 MPa至80 MPa。合適的EVA例如由Axalta Coating Systems LLC公司以Coathylene^? CB 3547商品名出售。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是具有下列結構通式(II)的合成透明熱塑性塑料:

(式(II))。

根據摩爾質量，玻璃化轉變溫度為大約45℃至130℃。軟化溫度優選為80℃至120℃，尤其是90℃至110℃。該熱塑性共聚物以其耐候性、耐光性和耐UV輻射性為特征。

PMMA在本發明中優選具有0.9至1.5克/立方厘米（根據ISO 1183），尤其是1.0克/立方厘米至1.25克/立方厘米的密度。尤其合適的是具有大于30 MPa，優選大于40 MPa，尤其大于50 MPa且小于90 MPa，尤其小于85 MPa，特別是80 MPa或更小的拉伸強度（根據ISO 527）的那些PMMA。斷裂伸長率（根據ISO 527）尤其為< 10%，特別是< 8%，優選< 5%。拉伸彈性模量優選為900 MPa至5000 MPa，優選1200至4500 MPa，尤其是2000 MPa至4000 MPa。合適的PMMA例如由Ter Hell Plastics GmbH, Bochum, 德國公司以商品名7M Plexiglas?丸粒出售。

EEAMA是由乙烯、丙烯酸酯和馬來酸酐單體單元形成的三元共聚物。EEAMA根據摩爾質量具有大約102℃的熔點。其優選具有1.0克/立方厘米或更小且0.85克/立方厘米或更大的在20℃下的相對密度（DIN 53217/ISO 2811）。合適的EEAMA例如由Axalta Coating Systems LLC公司以Coathylene^? TB3580商品名出售。

該復合材料優選基本包含儲氫材料和基質。基于該復合材料總重量計的基質重量含量優選為10重量%或更小，尤其是8重量%或更小，更優選5重量%或更小，并優選為至少1重量%，尤其是至少2重量%至3重量%。希望的是將基質的重量含量保持為盡可能低。

即使該基質能夠儲氫，儲氫能力也不像儲氫材料本身那樣顯著。但是，需要該基質以一方面使任選發生的儲氫材料的氧化保持為低或完全防止，并確保該材料的顆粒之間的粘結。

該基質優選是具有低結晶度的聚合物。通過該聚合物的結晶度可明顯改變材料的性質。部分結晶的材料的性質由該聚合物的結晶和非晶區兩者決定。因此，可看出與同樣由多種物質形成的復合材料的一定的關系。例如，該基質的膨脹能力隨密度提高而降低。

該基質也可以呈預浸料的形式。預浸料是“預浸漬纖維”的英文縮寫，對于德語而言為“預浸漬的纖維”。預浸料是用聚合物預浸漬的織物半成品，其在溫度和壓力下固化以制造部件。合適的聚合物是具有高粘性但未聚合的熱固性塑料基質的那些。根據本發明優選的聚合物也可以呈預浸料的形式。

包含于預浸料中的纖維可作為純單向層、作為織物或網格布（Gelege）存在。該預浸料根據本發明也可以粉碎并以薄片或碎屑形式與可氫化材料一起加工以產生復合材料。

根據本發明，該聚合物可以是與可氫化材料接觸的液體形式。此處“液體”是指該聚合物是熔融的。但是，根據本發明還包括將該聚合物溶解在合適的溶劑中，在這種情況下在制成該復合材料后例如通過蒸發再除去溶劑。但是，該聚合物也可以是與可氫化材料混合的丸粒形式。由于壓實該復合材料，該聚合物軟化以形成基質——在其中嵌入可氫化材料。如果該聚合物以粒子，即丸粒形式使用，它們優選具有30微米至60微米，尤其是40微米至45微米的x₅₀粒度（體積基粒度）。x₉₀粒度尤其是90微米或更小，優選80微米或更小。

該可氫化材料可以吸收氫氣并且如果需要，再釋放氫氣。在一個優選實施方案中，該材料包含任意三維構造的微粒材料，如顆粒、丸粒、纖維，優選短切纖維、薄片和/或其它幾何。特別地，該材料也可呈板狀或粉末的形式。在這種情況下，該材料不必具有均勻構造。相反，該構造可以是規則或不規則的。顆粒在本發明中是例如幾乎球形的顆粒，以及具有不規則的有角外形的顆粒。表面可以是光滑的，但該材料的表面也可以粗糙和/或具有不平整和/或凹處和/或凸起。根據本發明，氫儲器可包含以僅一種特定三維構造的材料，以使該材料的所有顆粒具有相同空間維度。但是，該氫儲器也可以包含不同構造/幾何的材料。由于該材料的許多不同的幾何或構造，該材料可用于許多不同的氫儲器。

該材料優選包含中空體，例如具有一個或多個空腔和/或具有中空形狀的顆粒，例如中空纖維或具有中空通道的擠出體。術語“中空纖維”描述在橫截面中具有一個或多個連續空腔的圓柱形纖維。通過使用中空纖維，可以組合許多中空纖維以產生中空纖維膜，由此可由于高孔隙率促進吸收和/或從該材料中釋放氫氣。

該可氫化材料優選具有雙峰粒度分布。由此可以實現可氫化材料在氫儲器中的更高堆積密度和因此更高密度，這提高儲氫容量，即該儲器中可儲存的氫量。

根據本發明，該可氫化材料可包含至少一種可氫化金屬和/或至少一種可氫化金屬合金，優選由其構成。

所用的其它可氫化材料可以是：

- 堿土金屬和堿金屬鋁氫化物（alanate），

- 堿土金屬和堿金屬硼氫化物，

- 金屬有機骨架（MOF），和/或

- 包合物，

和當然，各材料的各組合。

根據本發明，該材料還可包含不可氫化的金屬或金屬合金。

根據本發明，該可氫化材料可包含低溫氫化物和/或高溫氫化物。術語“氫化物”是指可氫化材料，無論其是氫化形式還是非氫化形式。低溫氫化物優選在-55℃至180℃，尤其是-20℃至150℃，特別是0℃至140℃的溫度范圍內儲氫。高溫氫化物優選在從280℃起和更高，尤其是從300℃起和更高的溫度范圍內儲氫。在所提到的溫度下，該氫化物不僅能儲存氫氣，還可釋放氫氣，即能夠在這些溫度范圍內起作用。

在本文中描述“氫化物”時，這被理解為是指以其氫化形式以及其非氫化形式的可氫化材料。根據本發明，在氫儲器的制造中，可以使用以其氫化或非氫化形式的可氫化材料。

關于氫化物和它們的性質，在本公開中參考S. Sakietuna等人, International Journal of Energy, 32 (2007), 第1121-1140頁中的表1至4。

儲氫（氫化）可以在室溫下進行。氫化是放熱反應。可以散除生成的反應熱。相反，為了脫氫，必須以熱形式向該氫化物供應能量。脫氫是吸熱反應。

例如可以設定，低溫氫化物與高溫氫化物一起使用。例如，在一個實施方案中設定，例如，低溫氫化物和高溫氫化物在第二區域的層中混合提供。它們也可以各自彼此分開地布置在不同層或區域中，尤其也在不同的第二區域中。例如可以設定，將第一區域布置在這些第二區域之間。在另一個實施方案中設定，第一區域具有分布在基質中的低溫和高溫氫化物的混合物。不同的第一區域也可包含低溫氫化物或高溫氫化物。

該可氫化材料優選包含選自鎂、鈦、鐵、鎳、錳、鎳、鑭、鋯、釩、鉻或兩種或更多種這些金屬的混合物的金屬。該可氫化材料還可包含含有所述金屬中至少一種的金屬合金。

該可氫化材料（儲氫材料）更優選包含至少一種能在150℃或更低的溫度下，尤其在-20℃至140℃，尤其是0℃至100℃的溫度范圍內儲存氫氣并再釋放氫氣的金屬合金。所述至少一種金屬合金在此優選選自AB₅類型、AB類型和/或AB₂類型的合金。A和B在此是指各自彼此不同的金屬，其中A和/或B尤其選自鎂、鈦、鐵、鎳、錳、鎳、鑭、鋯、釩和鉻。指數代表各合金中的金屬的化學計量比。根據本發明，此處的合金可被外來原子摻雜。根據本發明，摻雜程度可以為A和/或B的最多50原子%，尤其最多40原子%或最多35原子%，優選最多30原子%或最多25原子%，特別是最多20原子%或最多15原子%，優選最多10原子%或最多5原子%。可以例如用鎂、鈦、鐵、鎳、錳、鎳、鑭或其它鑭系元素、鋯、釩和/或鉻進行摻雜。在此可以用一種多種不同的外來原子進行摻雜。AB₅類型的合金易活化，意味著活化所需的條件類似于在氫儲器的運行中的那些。它們另外具有比AB或AB₂類型的合金更高的延性。相反，AB₂或AB類型的合金具有比AB₅類型的合金更高的機械穩定性和硬度。在此可以提到例如FeTi作為AB類型的合金、TiMn₂作為AB₂類型的合金和LaNi₅作為AB₅類型的合金。

該可氫化材料（儲氫材料）更優選包含至少兩種可氫化合金的混合物，其中至少一種合金是AB₅類型且第二種合金是AB類型和/或AB₂類型的合金。AB₅類型的合金的含量尤其是可氫化材料的總重量的1重量%至50重量%，尤其是2重量%至40重量%，更優選5重量%至30重量%，特別是5重量%至20重量%。

該可氫化材料（儲氫材料）優選是微粒形式（顆粒、粒子）。

該粒子尤其具有20微米至700微米，優選25微米至500微米，特別是30微米至400微米，尤其是50微米至300微米的粒度x₅₀。x₅₀是指50%的粒子具有等于或小于所述值的中值粒度。借助激光衍射測定粒度，但也可通過例如篩析進行。中值粒度在本情況中是基于重量的粒度，其中基于體積的粒度在本情況中相同。此處給出了可氫化材料在首次發生氫化前的粒度。在儲氫過程中，在該材料內出現應力，這會在幾個周期過程中導致x₅₀粒度降低。

優選地，可氫化材料如此牢固并入基質中，以致其在儲氫時破碎。因此優選使用顆粒作為可氫化材料，其在基質保持至少主要部分無損的同時碎裂。這一結果是令人驚訝的，因為認為，基質在由于可氫化材料在儲氫過程中的體積增加而膨脹時更可能傾向于碎裂，當由于該體積增加而高度膨脹時。目前認為，由于粘合在基質內，當體積增加時，作用于顆粒的外力與由該體積增加引起的顆粒內的應力一起造成碎裂。在并入基質中的聚合物材料時，可以特別清楚地發現顆粒的碎裂。由聚合物材料形成的基質能使這樣碎裂顆粒也穩定保持在固定位置。

試驗此外顯示，在該基質中利用粘合劑，尤其是膠粘劑固定這些顆粒的情況下，實現在基質內特別好的固定就位。粘合劑含量可以優選為基質體積的2體積%至3體積%。

優選地，基于開始時和100次儲存操作后的x₅₀粒度，由于儲氫造成的顆粒碎裂，粒度變化成乘以0.6，更優選乘以0.4的值。

已經發現，令人驚訝地，這一尺寸的材料在儲氫中表現出特別好的性質。在氫氣的儲存和釋放中，該材料膨脹（在氫化過程中）或收縮（在脫氫過程中）。這種體積變化可高達30%。因此，在可氫化材料的粒子上，即在儲氫材料上出現機械應力。在多次充氫和排氫（氫化和脫氫）過程中，已經發現粒子碎裂。如果可氫化材料現在特別具有小于50微米，特別小于30微米，尤其小于25微米的粒度，在使用過程中可形成細粉，其可能不再能夠有效儲氫。此外，該材料在氫儲器本身中的分布變化。具有幾納米的極小直徑的材料粒子的床可積聚在氫儲器中的最低點。在充氫（氫化）的情況下，在此位置處由于儲氫材料膨脹，在氫儲器壁處出現高機械應力。通過選擇該材料的合適粒度，可以至少部分避免這一點。另一方面，通過較小粒度帶來較多接觸點，在此處顆粒與基質相互作用并粘附在其中，由此產生在尺寸大于700微米，尤其大于500微米的顆粒的情況下無法實現的改進的穩定性。

除非另外規定，術語“材料”、“可氫化材料”和“儲氫材料”在本申請中同義使用。

另一實施方案設定，該氫儲器具有高溫氫化物容器和低溫氫化物容器。高溫氫化物可以生成高于350℃的溫度，這必須散除。這種熱極快釋放并可例如用于加熱與氫儲器相連的組件。所用高溫氫化物可以例如是基于鎂的金屬粉末。相反，低溫氫化物優選具有在優選-55℃至155℃的范圍內，尤其優選在80℃至140℃的溫度范圍內的溫度。低溫氫化物是例如Ti_0.8Zr_0.2CrMn或Ti_0.98Zr_0.02V_0.43Cr_0.05Mn_1.2。一個實施方案設定，將氫氣從高溫氫化物容器轉移至低溫氫化物容器，或反之亦然，并在每種情況下儲存在其中。例如和在本公開的范圍內，為此參考DE 36 39 545 C1。

關于氫化物和它們的性質，在本發明的公開中參考3. Sakietuna等人, International Journal of Energy, 32 (2007), 第1121-1140頁中的表1至4。

在該基質中，除所述至少一種聚合物外還可包含附加組分。這些組分主要具有下列功能的至少一個：主要儲氫、主要導熱和/或主要傳導氣體。這被理解為是指各組分履行至少這一功能作為在該復合材料中的主要任務。例如，一種組分可以主要用于儲氫，但同時也能夠提供至少一定的導熱性。但是，在這種情況下設定，存在至少一種其它組分承擔主要導熱，這意味著與其它組分相比經由該組分從壓制的材料復合體中導出最大量的熱。在這種情況下，又可以采用主要傳導氣體的組分，借此將例如氫氣（流體）導入該材料復合體，以及例如從中導出。在這種情況下，流經的流體也可夾帶熱。該流經的流體在本發明中是氫氣或包含50體積%或更大，優選60體積%或更大，尤其是70體積%或更大，優選80體積%或更大，特別是90體積%或95體積%或更大的含量的氫氣的氣體混合物。該可氫化材料優選僅儲存氫氣，以使甚至在使用氣體混合物作為流體的情況下，也基本僅儲存氫氣。

該氫儲器優選具有至少2個，優選多于2個彼此不同的層，其中一層包含復合材料，與其不同的層具有下列功能的至少一個：主要儲氫、主要導熱和/或主要傳導氣體。

術語“層”是指優選一種材料，或兩種或更多種材料以層片（Lage）的形式布置，并且其可以作為層片與直接環境分界。例如，不同材料可以相繼地松散彼此疊加地堆積，以使相鄰層直接接觸。在一個優選實施方案中，可氫化層可緊鄰導熱層布置，以使在吸收氫氣和/或釋放氫氣時產生的熱可從該可氫化材料直接釋放到相鄰層中。

主要下列功能的至少一個：主要儲氫、主要導熱和/或主要傳導氣體被理解為是指各層履行至少這一功能作為在該復合材料的第二區域中的主要任務。例如，一個層可以主要用于儲氫，但同時也能夠提供導熱性。在這樣的情況下優選設定，存在至少一個其它層承擔主要導熱，這意味著與該氫儲器中的其它層相比經由該層從壓制的材料復合體中導出最大量的熱。在這種情況下，又可以采用主要傳導氣體的層，借此將例如氫氣（流體）導入該材料復合體以及例如從中導出。在這種情況下，也可借助流經的流體夾帶熱。

根據本發明，導熱層可包含至少一種導熱金屬和/或石墨。這些材料也可用作導熱組分。該導熱材料應一方面具有良好的熱導率，另一方面還具有盡可能小的重量，以使該氫儲器的總重量保持為盡可能小。該金屬優選具有100 W/(m?K)或更大，尤其是120 W/(m?K)或更大，優選180 W/(m?K)或更大，特別是200或更大的熱導率λ。根據本發明，該導熱金屬也可以是金屬合金或不同金屬的混合物。該導熱金屬優選選自銀、銅、金、鋁和這些金屬的混合物或包含這些金屬的合金。特別優選的是銀，因為其具有大于400 W/(m?K)的極高熱導率。同樣優選的是鋁，因為除236 W/(m?K)的高熱導率外，未壓實形式的其還具有低密度和因此低重量。

根據本發明，石墨包括膨脹和非膨脹石墨。優選使用膨脹或可膨脹石墨。或者，也可以使用碳納米管（單壁、雙壁或多壁），因為它們同樣具有極高的熱導率。由于納米管的高成本，優選使用膨脹石墨或膨脹石墨和非膨脹石墨的混合物。如果存在混合物，基于重量計，使用比膨脹石墨更多的非膨脹石墨。

粉狀天然石墨（非膨脹石墨）在該復合材料中具有不良粘附性并且只能困難地加工成持久穩定復合體。因此，在基于金屬氫化物的儲氫的情況下，優選使用基于膨脹石墨的石墨品級。其尤其由天然石墨制成并具有比非膨脹石墨低得多的密度，但在該復合體中具有良好粘附性，以可獲得穩定復合材料。但是，如果僅使用未壓實形式的膨脹石墨，該氫儲器的體積會變得太大，以致其不能經濟地運行。因此，優選使用膨脹和非膨脹石墨的混合物。

如果在制造過程中借助壓制來壓實儲氫材料，通過膨脹石墨形成能夠特別好地導熱的取向層。由于壓制時的壓力，膨脹石墨中的石墨層（六方平面）相對于彼此移動，以形成薄片或層。石墨的這些六方平面隨后橫向排列（與軸向壓制操作過程中的壓力方向幾乎垂直），以使隨后可以容易將氫氣引入該復合材料并且可以良好地向外或向內導熱。由此，不僅可實現熱傳導，還可實現氣體傳導或流體傳導。

或者，膨脹石墨可以例如借助壓延輥軋加工以產生薄膜。然后再磨碎這些薄膜。由此獲得的鱗片或薄片可隨后用作導熱材料。由于輥軋，在此也造成碳晶格中的優先方向，因此實現特別好的熱和流體的進一步傳導。

例如當在該材料復合體中包含高溫氫化物作為可氫化材料時，優選使用石墨作為導熱材料。在低溫氫化物的情況下，優選的是導熱金屬，尤其是鋁。當這兩個層彼此緊鄰時，這種組合尤其優選。根據本發明，例如有可能構成第一區域的第一層，即包含高溫氫化物的本發明的材料復合體緊鄰包含石墨的第二層。這種第二層隨后又可緊鄰包含導熱金屬的第三層，其隨后再鄰接包含石墨的第四層。這種第四層隨后可以再緊鄰包含材料復合體的第一層。任意的層序根據本發明可行。在本發明中，“包含”是指不僅可以含有所提到的材料，還可以含有附加成分；但是，優選地，“包含”是指“由...構成”。

石墨和/或鋁和/或其它導熱金屬可以呈丸粒、粉末或板或薄膜的形式。板或薄膜可已構成本發明中的層。但是也可設想，存在三維構造，其形成至少部分穿入該材料復合體的層中的層，因此能夠更好散熱和供熱。特別地，石墨除導熱性外還具有良好的氣體傳導。但是，鋁具有比石墨更好的導熱性。

為了傳導氣體，該氫儲器優選具有多孔層。這可以例如是如上已描述的包含石墨的導熱層。根據本發明，多孔層也可以是其中導熱金屬或可氫化材料不致密壓制的多孔區，以可以容易地進行氣體傳導（流體傳導）。

此外，該復合材料的至少一個組件，例如一個或多個中間鋁層可以在燒結法中制造。在燒結操作中，加熱細粒的通常陶瓷或金屬的物質，但其中溫度通常保持在低于主要組分的熔融溫度，以保持工件的形狀。通常出現小收縮或1毫米的十分之幾的僅極小收縮。此外，可以選擇材料以使原材料的顆粒致密并填實孔隙空間。原則上區分固相燒結和還出現熔體的液相燒結。通過燒結的溫度處理，由在前一工藝步驟中例如借助擠出形成的細粒或粗粒生坯產生固體工件。由于溫度處理，該燒結產物才獲得其最終性質，如各自用途中要求的硬度、強度或熱導率。例如，由此可以制造開孔基質，使可氫化材料進入其中。由此也可以制造例如傳導氣體并用在該氫儲器中的通道結構。

優選地，可氫化材料優選具有占該復合材料的大于50體積%至98體積%的含量且基質優選具有至少2體積%至50體積%的含量。可以通過已知試驗方法和檢測方法，例如借助電子掃描顯微鏡測定可氫化材料和基質的體積%含量。同樣可以使用光學顯微鏡。優選使用成像程序，其中借助計算機程序自動評估。

該基質可另外包含不同的碳多晶型物（Modifikation）。通過使用不同的碳多晶型物，可改進該氫儲器的熱導率。由此可以更好地導出在氫氣吸收和/或釋放時生成的熱。

該基質和/或層優選包含不同碳多晶型物的混合物，其包含例如膨脹天然石墨作為碳多晶型物之一。優選與膨脹天然石墨一起使用非膨脹石墨，在這種情況下基于重量使用比膨脹石墨更多的非膨脹石墨。特別地，該基質可包含膨脹天然石墨，在其中例如布置可氫化材料。另外的碳多晶型物包括例如單壁、雙壁或多壁納米管、石墨烯和富勒烯。

該基質優選包含占該復合材料的1重量%至20重量%的重量含量的膨脹天然石墨。

在一個優選實施方案中，各組分的含量沿該復合材料變化。變化的含量可以呈單調或非單調梯度的形式或階躍函數的形式。因此，可以實現可氫化材料在基質中的減少或增多。由此可以例如根據流經氫儲器的流體調節基質的結構。

此外，該基質可以另外包含短纖維形式的碳多晶型物。由此可以補償長度的變化。此外，纖維的使用實現基質的改進的穩定性。

該復合材料優選具有多孔基質。在一個實施方案中，通過多孔基質可以確保可氫化材料的體積膨脹不損壞該基質。

優選地，該基質在至少一個區域中具有膨脹性質，優選彈性。由此可以確保例如在吸收氫氣時，可氫化材料可膨脹而不使該復合材料受損或受到過度應力。由于吸收氫氣，例如，可氫化材料可以膨脹，以使體積發生正向變化（收縮）。在釋放氫氣時，可氫化材料可以收縮，以發生體積的負膨脹或收縮。由于在至少一個區域中的膨脹性質，優選彈性，該基質可以至少依循可氫化材料的體積膨脹，以使基質不發生損壞。

在一個優選實施方案中，該可氫化材料具有涂層。該涂層可為可氫化材料提供另外的性質。例如，該涂層可以是聚合物并且該涂層可以改進可氫化材料的氣體傳導和導熱性。該涂層可包含也形成基質的相同聚合物。但是，也可以對涂層和基質使用不同聚合物。通過該材料的涂層可確保將氫氣儲存在該材料中，同時防止或至少減輕該材料由于例如氧化而變弱。材料的氧化會導致在表面形成使氫氣不再能或難以擴散穿過的層。因此，顯著降低氫化和脫氫的發生速度。但是，這一速度應盡可能高，以能夠經濟可行地使用。此外，已氧化的材料區不再可用于儲氫，以致該材料可儲存的氫氣量，即儲氫容量降低。但是，正是該儲氫容量應盡可能大，以能夠經濟可行地使用。

由該涂層產生的防氧化層現在使該儲氫材料能經多次周期使用，而不發生該材料的儲氫容量的顯著減退，這能夠實現該氫儲器的長使用壽命。

該復合材料優選已壓實。可以例如通過壓制實現壓實。可以例如借助上壓頭和下壓頭通過壓力實現壓制（軸向壓制）。此外，可以通過等靜壓制實現壓制。等靜壓制法基于壓力在液體和氣體中在所有方向上均勻傳播并在其施加的面積上生成與這些面積成正比的力的物理定律。可以將第一和第二區域引入壓制系統的壓力容器中的例如橡膠模具中。在壓力容器中經液體在所有方向上作用于橡膠模具的壓力以均勻方式壓縮包圍的第一和第二區域。也可以將包含第一和第二區域的預成型體插入等靜壓機，例如插入液體中。通過施加優選在500至6000巴的高壓，可以制造該復合材料。等靜壓制中的高壓例如能夠產生該復合材料中的新材料性質。

在一個優選實施方案中，該復合材料已壓實其最大壓實度的至少20%至其最大壓實度的最多92.36%。可由此提供混合密度。

優選地，其具有存在不同主要功能的區域，這包括至少各一個透氣區、導熱區和儲氫區。

優選可以將多個具有小外殼的氫儲器互相連接。由此可以實現氫氣吸收和/或釋放的良好結果。

本發明還涉及制造包含可氫化材料和基質的氫儲器的方法。該基質優選除聚合物外還包含不同的碳多晶型物。將可氫化材料并入該基質，然后形成儲氫的復合材料。

可氫化材料以及各種碳優選在每種情況下以單獨的（vereinzelt）形式，尤其以顆粒或薄片形式供應，并壓制以形成復合材料。該基質優選包含不同碳多晶型物的混合物，其包含例如膨脹天然石墨作為碳多晶型物之一。優選與膨脹天然石墨一起使用非膨脹石墨，在這種情況下基于重量使用比膨脹石墨更多的非膨脹石墨。特別地，該基質可包含膨脹天然石墨，在其中布置例如可氫化材料。另外的碳多晶型物包括例如單壁、雙壁或多壁納米管、石墨烯以及富勒烯。

在一個優選實施方案中，在壓制裝置中實施基質和可氫化材料的有針對性的布置以形成該氫儲器中的主要透氣區、導熱區和儲氫區。

優選在該氫儲器中僅使用基質材料作為可氫化組分。在另一實施方案中，在氫儲器中主要，即以可氫化組分的至少50重量%的程度使用基質材料。在另一實施方案中設定，這一含量大于80重量%，優選大于90重量%，尤其是至少接近100重量%。另一可氫化組分可以此外例如是層材料。

本發明還涉及用于制造氫儲器，優選如上所述的氫儲器，更優選通過如上所述的方法的裝置，其中所述裝置具有模腔，向其中引入該氫儲器的至少一種單獨的材料，優選為可傾倒粉狀材料的形式，其中設置混合器，借此第一和與其不同的第二碳多晶型物可混合，且所述裝置另外具有第一碳多晶型物的第一進料工具和第二碳多晶型物的第二進料工具和可氫化材料的進料工具。

其它有利的實施方案及特征從下列附圖和相應的描述中顯而易見。從附圖和描述中顯而易見的各個特征僅是示例性的并且不限于各個實施方案。相反，來自一個或多個附圖的一個或多個特征可以與來自其它附圖以及來自上文的描述的其它特征組合以提供進一步的實施方案。因此，這些特征不以限制性方式而是僅作為實例給出。

附圖顯示：

圖1來自氫儲器的局部。

圖1顯示氫儲器10的局部。氫儲器10包含兩個外壁12、14，在它們之間安置大量基質16。將可氫化材料嵌在基質16中。基質16與可氫化材料一起形成復合材料。該可氫化材料是金屬合金并具有占復合材料的50體積%至98體積%的含量。基質16包含各種碳多晶型物，例如膨脹天然石墨和非膨脹石墨，并具有占復合材料的20體積%至50體積%的含量。基質16的膨脹天然石墨具有占復合材料的1重量%至20重量%的重量含量。各組分的含量沿該復合材料變化。在此，該可氫化材料嵌在基質16中。通過壓制將該復合材料壓實至其最大壓實度的例如70%。

下列第1至14點概括本發明的進一步的基本特征：

1. 氫儲器，其包含可氫化材料和基質，可氫化材料已嵌入該基質中并與所述基質形成復合材料。

2. 根據第1點的氫儲器，其中所述可氫化材料優選具有占所述復合材料的大于50體積%至98體積%的含量且所述基質優選具有至少2體積%至50體積%的含量，其中所述基質包含不同的碳多晶型物。

3. 根據第1或2點的氫儲器，其特征在于所述基質包含膨脹天然石墨。

4. 根據上述任一點的氫儲器，其特征在于所述基質包含非膨脹石墨。

5. 根據上述任一點的氫儲器，其特征在于所述基質包含重量含量占所述復合材料的1重量%至20重量%的膨脹天然石墨。

6. 根據上述任一點的氫儲器，其特征在于各組分的含量沿所述復合材料變化。

7. 根據上述任一點的氫儲器，其特征在于所述復合材料具有基本由碳構成的多孔基質，其中已嵌入可氫化材料。

8. 根據上述任一點的氫儲器，其特征在于所述復合材料已壓實，其中所述復合材料優選包含與石墨組合的聚合物構成的基質。

9. 根據上述任一點的氫儲器，其特征在于所述復合材料已壓實其最大壓實度的至少20%至其最大壓實度的最多92.36%。

10. 根據上述任一點的氫儲器，其特征在于其具有存在不同主要功能的區域，其包括至少各一個透氣區、導熱區和儲氫區。

11. 制造包含可氫化材料和基質的氫儲器的方法，其中借助不同的碳多晶型物制造基質并將所述可氫化材料并入這種基質，然后形成儲氫的復合材料。

12. 根據第11點的方法，其特征在于所述可氫化材料以及各種碳各自以單獨的形式，尤其以顆粒或薄片形式供應，并壓制以產生復合材料。

13. 根據第11或12點任一點的方法，其特征在于在壓制裝置中實施基質和可氫化材料的由針對性的布置以形成所述氫儲器中的主要透氣區、導熱區和儲氫區。

14. 用于制造氫儲器，優選根據第1至10點任一項的氫儲器，更優選通過具有第11至13點的特征的方法的裝置，其中所述裝置具有模腔，向其中引入所述氫儲器的至少一種單獨的材料，優選為可傾倒粉狀材料的形式，其中設置混合器，借此第一和與其不同的第二碳多晶型物可混合，和另外具有第一碳多晶型物的第一進料工具和第二碳多晶型物的第二進料工具和可氫化材料的進料工具。