本技术涉及氢能储存，具体涉及一种使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统和方法。
背景技术：
1、随着全球能源危机的加剧和环保意识的提高，氢能作为一种清洁、高效的能源受到了广泛关注。然而，氢气的储存一直是制约其广泛应用的瓶颈之一。传统的氢气储存方式，如高压气瓶和液态储氢，存在储存效率低、储存压力高、安全性差等问题。因此，开发一种新型的、高效的氢气储存方法具有重要意义。
2、氢气是一种极易泄漏的气体，而固态氢由于其固态特性，泄漏的风险大大降低，增加了储存和运输的安全性。固态氢在适当的条件下可以长期储存，而不需要像液态氢那样需要持续的冷却来维持其液态状态。这可以降低储存成本，并使得长期储存变得更加可行。将氢气转化为固态可以显著减少其体积，这使得储存和运输更加便捷。例如，在航空航天领域，减少燃料体积可以节省空间，从而增加有效载荷或提高性能。
3、氢气作为一种清洁能源，其燃烧产物只有水，对环境无污染。而固态氢的储存方式进一步减少了泄漏和排放的风险，从而提高了其环境友好性。固态氢相较于气态或液态氢具有更高的能量密度。这意味着在相同的体积或质量下，固态氢可以储存更多的能量。这对于需要高能量密度的应用，如航空航天、远程运输等，尤为重要。
4、中国专利cn113148948a公开了一种氢化镁固态氢储能系统及提高储放氢效率的方法，氢化镁固态氢储能系统包括储放氢罐及外部冷热流体储液罐；储放氢罐由中心沿径向向外依次为氢化镁多孔介质储氢层、液体冷却层、真空层和保温层，其中，氢化镁多孔介质储氢层中设有氢气进出口共用的导气管以及导热管和内部测温点，导气管连接有储放氢管道，储放氢管道上设有泵、阀门、流量计和压力计；液体冷却层上部连接冷流体进口，下部接热流体出口；冷流体进口和热流体出口通过液体进出管线连接到外部冷热流体储液罐；真空层连接抽真空管，但是考虑到现有技术一种氢化镁固态氢储能系统及提高储放氢效率的方法是利用金属氢化物多孔介质层和氢气反应从而达到储存氢气的目的，本技术的技术是直接在壁面构建hcp或fcc晶体涂层(是固态氢主要的晶体结构)，通过晶体涂层的构造并创建低温环境，诱导氢气直接降温结晶变为固态氢气便于储存方面，现有技术有些略有不足。
技术实现思路
1、解决的技术问题：本发明提供了一种使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统和方法，提高氢气储存的密度、稳定性和安全性，优化储存和释放过程，降低储存成本，并促进氢能应用的发展，解决了现有技术中存在的储存效率低、储存压力高、安全性差等技术问题。
2、技术方案：一种使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统，所述使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统由氢气供应与回收系统、氢气压缩机、制冷系统、多孔介质储存单元和控制系统组成，所述氢气供应与回收系统上设有氢气释放出口和氢气回收入口，多孔介质储存单元上分别设有氢气入口、氢气出口和液氮或液氦入口，氢气释放出口与多孔介质储存单元的氢气入口之间通过氢气压缩机相连，多孔介质储存单元的氢气出口与氢气回收入口相连，控制系统分别与氢气压缩机、制冷系统和多孔介质储存单元电连接。
3、进一步地，多孔介质储存单元为用于储存固态氢的多孔介质储氢罐，多孔介质储氢罐由多孔介质材料和密封的储氢罐体组成，多孔介质材料填充在密封的储氢罐体内部，密封的储氢罐体的内表面设有hcp或fcc晶体涂层。
4、进一步地，制冷系统由制冷剂、压缩机、冷凝器和蒸发器组成，制冷系统通过压缩机将氮气或氦气制冷剂压缩成高压气体，然后经过冷凝器散热变成低温介质，低温介质通过蒸发器时，吸收多孔介质储存单元内的热量，使多孔介质储存单元内部温度降低，用于提供低温环境，让氢气进行降温结晶并维持固态氢的稳定储存，低温介质为液氮或液氦，制冷系统产生的液氮或液氦通过液氮或液氦入口传送到多孔介质储存单元的内壁上的hcp或fcc晶体涂层上。
5、进一步地，所述控制系统由温度传感器、压力传感器、控制器和执行机构组成，温度传感器、压力传感器负责监控多孔介质储存单元内的温度、压力参数，并根据预设的阈值通过控制器和执行机构调节制冷系统和氢气压缩机的工作状态，当温度或压力超过设定值时，控制器会启动或关闭制冷系统和氢气压缩机，以维持储氢罐体内的稳定状态，确保氢气储存和释放过程的安全可靠。
6、进一步地，所述控制系统预设的阈值中氢气的压力在10mpa至1000mpa，从而实现调节多孔介质储存单元内氢气变为固态氢的温度为-75℃～-240℃，使得氢气不需要降温至零下253℃以下，就可变为固体状态。
7、进一步地，所述氢气供应与回收系统通过氢气释放出口释放氢气，并通过氢气回收入口回收释放出的氢气。
8、本技术还公开了一种使用多孔介质低温生产和储存固态氢的方法，具体步骤如下：
9、第一步：具有高比表面积和孔隙率高的多孔介质材料进行预处理；
10、第二步：在多孔介质储存单元的内壁上构造hcp或fcc晶体涂层；
11、第三步：氢气压缩机创建高压环境，制冷系统创建低温环境；
12、第四步：将多孔介质储存单元内的氢气与多孔介质材料接触使氢气分子被诱导结晶并储存；
13、第五步：通过升温或降压方式释放氢气。
14、进一步地，多孔介质材料进行预处理去除杂质和水分，预处理方法是对原料进行清洗，去除表面的杂质和污染物，确保原料的纯净度；其次，通过化学或物理方法对原料表面进行活化处理，增加其表面活性，提高与其他物质的反应性或粘附性；具有高比表面积和孔隙率高的多孔介质材料为金属有机框架mofs和/或多孔碳纳米材料，用于诱导氢气的结晶，增强氢气储存的稳定性；hcp或fcc晶体涂层用于诱导氢气分子结晶，实现氢气的固态储存。
15、进一步地，氢气压缩机创建高压环境，提高氢气压力，将氢气供应与回收系统提供的氢气压缩为高压气体，高压气体输送到多孔介质储存单元内便于固态氢的形成，确保氢气处于高压状态。
16、进一步地，将多孔介质材料置于液氮或液氦低温介质中；通过降温使氢气变为固态氢，并控制温度使其维持在固态氢的稳定范围内。
17、有益效果：1、高储氢密度：多孔介质单元具有极高的比表面积和孔隙率，在相同体积下基于多孔介质的固态储氢系统能够储存更多的氢气；
18、2、低温条件下的高效稳定性：在低温环境下，多孔介质单元表面的hcp(或fcc)晶体涂层能够更稳定地诱导氢气结晶并储存氢气，减少了氢气的挥发和泄漏风险；与高压气态储氢和液态储氢相比，固态储氢在低温条件下具有更高的安全性；
19、3、可逆的氢气储存和释放：通过控制储存环境的温度和压力，可以方便地实现氢气的可逆储存和释放；
20、4、安全性高：固态氢在储存过程中不易泄漏，且储存条件相对稳定，从而提高了氢气储存的安全性；与传统的液态储氢和压缩气体储氢相比，固态储氢系统具有更高的安全性能；
21、5、便于长期储存和运输：由于固态氢具有较低的泄漏风险和稳定的储存性能，它便于长期储存和运输；这对于氢能的远距离传输和长期储存具有重要意义；
22、6、氢气作为一种清洁能源，其燃烧产物只有水，对环境无污染；基于低温生产和储存固态氢的系统能够有效地储存和释放氢气，进一步推动了氢能的应用和发展。
1.一种使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统，其特征在于，所述使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统由氢气供应与回收系统(1)、氢气压缩机(2)、制冷系统(3)、多孔介质储存单元(4)和控制系统(5)组成，所述氢气供应与回收系统(1)上设有氢气释放出口(7)和氢气回收入口(6)，多孔介质储存单元(4)上分别设有氢气入口、氢气出口和液氮或液氦入口(9)，氢气释放出口(7)与多孔介质储存单元(4)的氢气入口之间通过氢气压缩机(2)相连，多孔介质储存单元(4)的氢气出口与氢气回收入口(6)相连，控制系统(5)分别与氢气压缩机(2)、制冷系统(3)和多孔介质储存单元(4)电连接。
2.根据权利要求1所述使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统，其特征在于：多孔介质储存单元(4)为用于储存固态氢的多孔介质储氢罐，多孔介质储氢罐由多孔介质材料和密封的储氢罐体组成，多孔介质材料填充在密封的储氢罐体内部，密封的储氢罐体的内表面设有hcp或fcc晶体涂层(8)。
3.根据权利要求1所述使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统，其特征在于：制冷系统(3)由制冷剂、压缩机、冷凝器和蒸发器组成，制冷系统(3)通过压缩机将氮气或氦气制冷剂压缩成高压气体，然后经过冷凝器散热变成低温介质，低温介质通过蒸发器时，吸收多孔介质储存单元(4)内的热量，使多孔介质储存单元(4)内部温度降低，用于提供低温环境，让氢气进行降温结晶并维持固态氢的稳定储存，低温介质为液氮或液氦，制冷系统(3)产生的液氮或液氦通过液氮或液氦入口(9)传送到多孔介质储存单元(4)的内壁上的hcp或fcc晶体涂层(8)上。
4.根据权利要求1所述使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统，其特征在于：所述控制系统(5)由温度传感器、压力传感器、控制器和执行机构组成，温度传感器、压力传感器负责监控多孔介质储存单元(4)内的温度、压力参数，并根据预设的阈值通过控制器和执行机构调节制冷系统(3)和氢气压缩机(2)的工作状态，当温度或压力超过设定值时，控制器会启动或关闭制冷系统(3)和氢气压缩机(2)，以维持储氢罐体内的稳定状态，确保氢气储存和释放过程的安全可靠。
5.根据权利要求4所述使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统，其特征在于：所述控制系统(5)预设的阈值中氢气的压力在10mpa至1000mpa，从而实现调节多孔介质储存单元(4)内氢气变为固态氢的温度为-75℃～-240℃，使得氢气不需要降温至零下253℃以下，就可变为固体状态。
6.根据权利要求1所述使用多孔介质低温生产和储存固态氢的系统，其特征在于：所述氢气供应与回收系统(1)通过氢气释放出口(7)释放氢气，并通过氢气回收入口(6)回收释放出的氢气。
7.一种权利要求1所述系统使用多孔介质低温生产和储存固态氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：多孔介质材料进行预处理去除杂质和水分，预处理方法是对原料进行清洗，去除表面的杂质和污染物，确保原料的纯净度；其次，通过化学或物理方法对原料表面进行活化处理，增加其表面活性，提高与其他物质的反应性或粘附性；具有高比表面积和孔隙率高的多孔介质材料为金属有机框架mofs和/或多孔碳纳米材料，用于诱导氢气的结晶，增强氢气储存的稳定性；hcp或fcc晶体涂层用于诱导氢气分子结晶，实现氢气的固态储存。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述氢气压缩机(2)创建高压环境，提高氢气压力，将氢气供应与回收系统(1)提供的氢气压缩为高压气体，高压气体输送到多孔介质储存单元(4)内便于固态氢的形成，确保氢气处于高压状态。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：将多孔介质材料置于液氮或液氦低温介质中；通过降温使氢气变为固态氢，并控制温度使其维持在固态氢的稳定范围内。
