TWI838186B

TWI838186B - 儲氣結構及儲氣裝置

Info

Publication number: TWI838186B
Application number: TW112111121A
Authority: TW
Inventors: 戴清智; 潘信宏; 張芳卿
Original assignee: 純萃材料股份有限公司
Priority date: 2023-03-24
Filing date: 2023-03-24
Publication date: 2024-04-01
Also published as: CN118687075A; TW202438809A; JP2024137929A; US20240318787A1

Abstract

本發明提供一種儲氣結構，包含至少一管狀單元。至少一管狀單元包含至少一孔道以及至少二儲氣層。至少二儲氣層環繞至少一孔道，其中各儲氣層具有複數個孔洞，且至少二儲氣層在相同單位體積內具有不同的孔洞尺寸及不同的孔洞數量。各儲氣層包含複數個晶粒，複數個孔洞係由複數個晶粒彼此連接而形成，且複數個孔洞由至少一孔道向外呈放射狀分布。藉此，本發明之儲氣結構可具有降低氣體充填時間、提高氣體釋放率、防止晶粒老化及粉化，進而提升儲氣結構穩定性及使用壽命的優勢，並具有相關的市場潛力。

Description

儲氣結構及儲氣裝置

本發明提供一種儲氣結構及儲氣裝置，特別是一種呈現管狀且具有至少二層儲氣層的儲氣結構及包含所述儲氣結構的儲氣裝置。

在現今社會中，能源已成為人類活動中不可或缺的資源，而化石燃料在供應人類的能源需求方面佔據主導地位。近年來，隨著能源短缺與全球氣候變遷的問題逐漸受到重視，尋找可再生的綠色能源迫在眉睫。由於氫氣具有約120 MJ/kg的熱值，其燃燒產物為水，以及可大容量且長時間儲能的優點，在大卡車、火車、船隻等交通運輸領域皆展現良好的應用前景，因此氫能源被視為21世紀極具發展潛力的再生能源。

氫氣的儲存是氫能源應用的關鍵，現行的氫氣儲存技術主要有氣態高壓儲氫、低溫液態儲氫及固態儲氫等方法，其中固態儲氫相對安全、方便且具備純化氫氣的能力，遂成為儲氫技術重要的研究方向。

目前市面上固態儲氫材料的結構形式包含粉末狀、顆粒狀及錠狀三種，其中顆粒狀儲氫結構係藉由添加接著劑(binder)使儲氫材料中的晶粒彼此緊密黏合，而錠狀儲氫結構係藉由將晶粒緊密壓實而形成。雖然顆粒狀與錠狀的儲氫結構皆可提升單位體積的儲氫量，然而顆粒狀儲氫結構的晶粒表面被接著劑覆蓋，錠狀儲氫結構的晶粒彼此之間的空間較少，進而導致所述二種儲氫結構的氫氣分子擴散進入晶粒內部晶格受到阻礙，使得顆粒狀與錠狀的儲氫結構皆需要較長的充填時間，並有釋氫效率不佳以及使用次數增加而使晶粒老化及粉化(pulverization behavior)的問題，因而導致儲氫效率降低的缺點。

為了提升顆粒狀儲氫結構或錠狀儲氫結構充填氫氣的效率，習知技術係以高壓之方式，例如在200 Kg/cm ²的壓力下，迫使氫氣分子擴散進入晶粒內部，進而加速晶粒吸附並儲存氫氣的速度，以降低儲氫結構充填氣體的時間，然而，顆粒狀儲氫結構與錠狀儲氫結構仍具有釋氫效率不佳以及使用次數增加而導致儲氫效率降低的缺點。

有鑑於此，如何使儲氣結構在具備優異儲氣量且不需提高充填壓力的前提下，減少氣體充填時間與增加氣體釋放率，並提升儲氣結構的穩定性與儲氣裝置的使用壽命，仍為目前市面上具有經濟價值的訴求。

本發明之一實施方式在於提供一種儲氣結構，包含至少一管狀單元。至少一管狀單元包含至少一孔道以及至少二儲氣層。至少二儲氣層環繞至少一孔道，其中各儲氣層具有複數個孔洞，且至少二儲氣層在相同單位體積內具有不同的孔洞尺寸及不同的孔洞數量。各儲氣層包含複數個晶粒，複數個孔洞係由複數個晶粒彼此連接而形成，且複數個孔洞由至少一孔道向外呈放射狀分布。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中各孔洞的一孔洞尺寸可為0.1微米至500微米。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中至少二儲氣層的數量可為二，二儲氣層可分別為一第一儲氣層與一第二儲氣層，且第一儲氣層與第二儲氣層可由所述至少一孔道至至少一管狀單元的周緣依序相連且同心設置。第一儲氣層的一密度可小於或大於第二儲氣層的一密度。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中當第一儲氣層的密度小於第二儲氣層的密度時，第一儲氣層的複數個孔洞的一平均孔洞尺寸可為100微米至200微米，且第二儲氣層的複數個孔洞的一平均孔洞尺寸可為0.1微米至100微米。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中各晶粒的一晶粒尺寸可為0.5微米至100微米。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中各晶粒之材質可包含碳族元素材料、硼族元素材料、氮族元素材料、沸石材料、金屬有機骨架材料、金屬氧化物材料、矽凝膠、氣凝膠、鋰型分子篩、共價有機骨架材料、膨潤土或海泡石。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中各晶粒之材質可選自於由下列合金所構成的群組：AB、AB ₂、AB ₃、AB ₅、A ₂B、A ₂B ₇、A ₆B ₂₃、固溶體以及鎂基合金，其中A為放熱型金屬，B為吸熱型金屬。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中各晶粒之材質可選自於由下列觸媒材料所構成的群組：銀、銅、碳、鈦、鎳、鐵、鈷、釩、鉑、鈀、鉻、金、鑭以及鈰。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中儲氣結構相較於一商用顆粒狀儲氫結構或一商用錠狀儲氫結構的一氣體充填時間可減少至少20%。

依據前述實施方式之儲氣結構，其中儲氣結構的一釋氣率可大於或等於56%。

本發明之另一實施方式在於提供一種儲氣裝置，包含一本體、如前段所述之儲氣結構以及一氣閥。本體包含一氣體出入口與一容置空間，其中氣體出入口與容置空間連通。儲氣結構設置於容置空間中。氣閥設置於本體上並連通氣體出入口，且氣閥連通容置空間與一本體外部空間。氣體出入口的一最大橫徑與至少一管狀單元的一最大橫徑平行。當氣閥開啟時，儲氣結構之孔道與本體外部空間連通，此時儲氣裝置係用以儲存或釋放氣體。

依據前述實施方式之儲氣裝置，其中本體可更包含一導氣結構。導氣結構設置於容置空間中，其中導氣結構位於氣閥與儲氣結構之間，所述導氣結構可包含複數個導氣孔，且各導氣孔的一最大橫徑與至少一管狀單元的最大橫徑平行。導氣結構可用以控制儲氣裝置的一充氣速度或一釋氣速度。

藉此，本發明之儲氣結構及儲氣裝置透過儲氣結構包含至少一管狀單元，管狀單元包含至少二儲氣層，且儲氣層的複數個孔洞由管狀單元的孔道向外呈放射狀分布的結構配置，有利於增加儲氣結構的比表面積，並引導氣體在儲氣結構中的流動方向，從而降低氣體的質傳阻力，可有效提升晶粒儲存或釋放氣體的效率，並降低儲氣結構充填氣體的時間。再者，透過至少二儲氣層具有不同密度的結構配置，使晶粒在儲存與釋放氣體所導致的熱變化與體積變化過程中更為穩定，進而提升儲氣結構的使用壽命。

下述將更詳細討論本發明各實施方式。然而，此實施方式可為各種發明概念的應用，可被具體實行在各種不同的特定範圍內。特定的實施方式是僅以說明為目的，且不受限於揭露的範圍。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之，且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

[本發明之儲氣結構]

請參照第1圖與第2圖，第1圖係繪示本發明一實施方式之一實施例之儲氣結構100的示意圖，第2圖係繪示第1圖之儲氣結構100的部分放大圖。儲氣結構100包含至少一管狀單元110。

管狀單元110包含至少一孔道111以及至少二儲氣層。二儲氣層環繞孔道111，其中各儲氣層具有複數個孔洞(圖未繪示)，且二儲氣層在相同單位體積內具有不同的孔洞尺寸及不同的孔洞數量。

具體而言，在第1圖的實施例中，儲氣層的數量為二，且二儲氣層分別為一第一儲氣層112與一第二儲氣層113。第一儲氣層112與第二儲氣層113由孔道111至管狀單元110的周緣(圖未標示)依序相連且同心設置。

雖圖未繪示，在儲氣結構100中，各儲氣層包含複數個晶粒，且複數個孔洞係由複數個晶粒彼此連接而形成，而如第2圖所示，第一儲氣層112與第二儲氣層113在外觀上呈現由中央之孔道111朝管狀單元110的周緣延伸的放射狀結構，且第一儲氣層112與第二儲氣層113的複數個孔洞是由孔道111向外呈放射狀分布。關於本發明之晶粒以及儲氣層之孔洞的細節將於後續搭配實施例的內容進行更詳盡的說明。

藉此，透過儲氣結構100包含至少一管狀單元110的配置，本發明之儲氣結構100可具有更大的比表面積，有利於增加氣體充填的速度。再者，透過複數個孔洞由至少一孔道111向外呈放射狀分布的結構配置，可更進一步增加儲氣結構100的比表面積，並可引導氣體直達儲氣層內的晶粒表面，從而降低氣體的質傳阻力以及提升複數個晶粒吸附並儲存氣體的速率，進而使本發明之儲氣結構100相較於一商用顆粒狀儲氫結構或一商用錠狀儲氫結構的一充填時間減少至少20%，其中商用顆粒狀儲氫結構係藉由添加接著劑使儲氫材料中的晶粒彼此緊密黏合，而商用錠狀儲氫結構係藉由將晶粒緊密壓實而形成。

在本發明之儲氣結構100中，各孔洞的一孔洞尺寸可為0.1微米至500微米，使儲氣結構在保持必需的韌性下讓氣體更容易擴散至整個儲氣結構，但本發明並不以此為限。

在本發明之儲氣結構100中，第一儲氣層112的一密度可小於或大於第二儲氣層113的一密度。所述密度是指每單位體積的質量。如第2圖所示，當第一儲氣層112的密度小於第二儲氣層113的密度時，第一儲氣層112的複數個孔洞的一平均孔洞尺寸可為100微米至200微米，使第一儲氣層112具備儲氣以及提升氣體擴散速率的目的，而第二儲氣層113的複數個孔洞的一平均孔洞尺寸可為0.1微米至100微米，使第二儲氣層113具備高容量的儲氣空間。藉此，透過第一儲氣層112與第二儲氣層113具有放射狀分布之孔洞以及不同密度的結構配置，本發明之儲氣結構100於釋氣時可藉由放射狀分布之孔洞將氣體從密度較大的第二儲氣層113導流至密度較小的第一儲氣層112與孔道111，進而使本發明之儲氣結構100的一釋氣率大於或等於80%，並具有優異的產業應用潛力。另外，雖圖未繪示，在其他實施例中，第一儲氣層的密度亦可大於第二儲氣層的密度，以因應不同儲氣需求，但本發明並不以此為限。

在本發明之儲氣結構100中，各晶粒的一晶粒尺寸可為0.5微米至100微米，以提供儲氣結構更佳的強度及韌性，而各晶粒的材質則可依據儲存需求進行選擇。具體來說，各晶粒之材質可包含碳族元素材料、硼族元素材料、氮族元素材料、沸石材料、金屬有機骨架材料、金屬氧化物材料、矽凝膠、氣凝膠、鋰型分子篩、活性碳、共價有機骨架材料、膨潤土、絲光沸石或海泡石。或者，各晶粒之材質亦可選自於由下列合金所構成的群組：AB、AB ₂、AB ₃、AB ₅、A ₂B、A ₂B ₇、A ₆B ₂₃、固溶體以及鎂基合金，其中A為放熱型金屬，B為吸熱型金屬。或者，各晶粒之材質亦可選自於由下列觸媒材料所構成的群組：銀、銅、碳、鈦、鎳、鐵、鈷、釩、鉑、鈀、鉻、金、鑭以及鈰。換句話說，各晶粒之材質可為上述任一單一材質或其組合，但本發明並不以此為限。

[本發明之儲氣裝置]

請參照第3圖，其係繪示本發明另一實施方式之一實施例之儲氣裝置200的示意圖。儲氣裝置200包含一本體210、一儲氣結構100以及一氣閥213。

本體210包含一氣體出入口211與一容置空間212，其中氣體出入口211與容置空間212連通。

儲氣結構100設置於容置空間212中且包含至少一管狀單元110，而在第3圖的實施例中，儲氣結構100包含複數個管狀單元110，且儲氣結構100可為第1圖之儲氣結構100，是以相同之元件的細節請參照第1圖之儲氣結構100的描述，在此將不再贅述。

氣閥213設置於本體210上並連通氣體出入口211，且氣閥213連通容置空間212與一本體外部空間。另外，氣閥213可選用市面上具有控制氣體進出功能之裝置，但本發明並不以此為限。

具體而言，在儲氣裝置200中，氣體出入口211具有一最大橫徑，且氣體出入口211的最大橫徑與儲氣結構100的至少一個管狀單元110的一最大橫徑平行。透過氣體出入口211的最大橫徑與管狀單元110的最大橫徑平行的配置，氣體出入口211將可有效連通儲氣結構100的管狀單元110。當氣閥213開啟時，容置空間212將與本體外部空間連通，此時儲氣結構100之管狀單元110的孔道111將會通過容置空間212而與本體外部空間連通，而儲氣裝置200將可通過氣閥213的控制而儲存或釋放氣體。

再請參照第4圖，其係繪示本發明另一實施方式之另一實施例之儲氣裝置300的示意圖。儲氣裝置300包含一本體310、一儲氣結構100以及一氣閥313。

本體310包含一氣體出入口311、一容置空間312及一導氣結構314。氣體出入口311與容置空間312連通。導氣結構314設置於容置空間312中，其中導氣結構314位於氣閥313與儲氣結構100之間，且導氣結構314包含複數個導氣孔315，其中本體310及氣閥313與第3圖之本體210與氣閥213在結構上相同，且儲氣結構100可為第1圖之儲氣結構100，是以相同之元件的細節在此將不再贅述。

具體而言，在儲氣裝置300中，導氣結構314的各個導氣孔315具有一最大橫徑，且導氣孔315的最大橫徑與儲氣結構100的至少一管狀單元110的一最大橫徑平行，以使導氣孔315與管狀單元110的孔道111有效連通。而當氣閥313開啟時，容置空間312將與本體外部空間連通，此時儲氣結構100之管狀單元110的孔道111將會通過容置空間312與導氣結構314而與本體外部空間連通，且導氣結構314可依據不同尺寸之導氣孔315而控制儲氣裝置300的一充氣速度或一釋氣速度。

藉此，本發明之儲氣裝置200與儲氣裝置300透過包含儲氣結構100的方式，可有效達成快速儲氣與釋氣的效果，並具有相關市場的優異應用潛力。

[實施例與比較例]

以下將分別以本發明之實施例1與實施例2說明本發明之儲氣結構的細節及其應用於儲存氣體的效果。

請同時參照第5A圖與第5B圖，第5A圖係呈現本發明之實施例1之儲氣結構的管狀單元410的影像，第5B圖係呈現第5A圖之儲氣結構的局部剖視影像。

管狀單元410包含一孔道411、一第一儲氣層412以及一第二儲氣層413，其中第一儲氣層412與第二儲氣層413由孔道411至管狀單元410的周緣依序相連且同心設置，且第一儲氣層412與第二儲氣層413具有不同的密度。所述密度是指每單位體積的質量。具體而言，如第5A圖與第5B圖所示，第一儲氣層412與第二儲氣層413皆具有複數個孔洞，其中第一儲氣層412的組織排列較為疏鬆，第二儲氣層413的組織排列較為緻密，而使第一儲氣層412的密度小於第二儲氣層413的密度，且第一儲氣層412與第二儲氣層413的複數個孔洞皆是由孔道411向外呈放射狀分布，以使第一儲氣層412具備優異之氣體導流、儲氣與提升氣體擴散速率的效果，並使第二儲氣層413具備高容量的儲氣空間。

再如第5B圖所示，第一儲氣層412與第二儲氣層413彼此相連且同心設置，且第一儲氣層412與第二儲氣層413之間可包含一過渡層(圖未標示)。詳細來說，第一儲氣層412的孔洞具有較大的孔洞尺寸，且孔洞的尺寸由第一儲氣層412往第二儲氣層413的方向逐漸減少，其中第一儲氣層412的複數個孔洞的平均孔洞尺寸可為100微米至200微米，第二儲氣層413的複數個孔洞的平均孔洞尺寸可為0.1微米至100微米，而過渡層的複數個孔洞的平均孔洞尺寸則可為10微米至100微米。藉此，透過第一儲氣層412與第二儲氣層413具有不同密度的結構配置，可使儲氣結構呈現由疏鬆至緻密、漸進式的放射狀導流結構，使充填或釋放氣體的效率提升，並可強化儲氣結構的結構穩定性。

請參照第6A圖至第6D圖，第6A圖係呈現本發明之實施例2之儲氣結構的管狀單元510的影像，第6B圖係呈現第6A圖之儲氣結構的部分放大圖，第6C圖係呈現第6B圖中第一儲氣層512的放大圖，第6D圖係呈現第6B圖中第二儲氣層513的放大圖。

如第6A圖與第6B圖所示，管狀單元510包含七個孔道511、一第一儲氣層512以及一第二儲氣層513。由第6A圖可見，其中一個孔道511位於管狀單元510之中央，另六個孔道511環繞位於中央之孔道511，使管狀單元510的孔道511在外觀上呈現放射狀分布。再由第6B圖可見，第二儲氣層513設置於管狀單元510的最外圍並包覆七個孔道511，而第一儲氣層512則環繞各孔道511並受第二儲氣層513包覆，且第一儲氣層512與第二儲氣層513由各孔道511至管狀單元510的周緣依序相連且同心或偏心設置。藉此，透過管狀單元510包含複數個孔道511的結構配置，本發明之儲氣結構可具有優異之比表面積，有利於提升儲氣結構充填氣體的速度。

如第6C圖與第6D圖所示，第一儲氣層512與第二儲氣層513具有複數個孔洞，其中第一儲氣層512相較於第二儲氣層513具有較多且呈現細長外觀的孔洞，以使第一儲氣層512具備優異之氣體導流及促進氣體擴散的效果。再者，透過第二儲氣層513相較於第一儲氣層512具有較小孔洞尺寸且較密集孔洞分布的結構配置，可使第二儲氣層513具備高容量的儲氣空間。

請參照第7圖，其係呈現實施例2之儲氣結構的晶粒514的影像。具體而言，在實施例2之儲氣結構中，第一儲氣層512與第二儲氣層513皆是由複數個晶粒514堆疊而成，且孔洞515是由多個晶粒514彼此連接而形成，而在實施例2之儲氣結構中，晶粒514的材質為AB ₅合金，以使儲氣結構具有快速充填氣體，並可在小於20 Kg/cm ²的壓力下充填氣體以及在小於10 Kg/cm ²的壓力下達到高儲氣量的優點。詳細而言，在儲氣與釋氣的過程中，目標氣體會進入至晶粒514中而造成晶粒514的晶格結構變化，並同時發生溫度變化。在多次儲氣與釋氣後，儲氣結構的晶粒514之間的晶格界線會趨於模糊，但仍可保持完整的粒狀結構，且晶粒514連接所形成的孔洞515亦不會因晶格結構相變而崩塌，並可進一步達到熱力學平衡的狀態，而使整體結構更加穩定。

再請參照第8圖與表一，第8圖係呈現實施例2之儲氣結構及比較例1之儲氣結構的釋氣試驗結果圖，其中實施例2之儲氣結構為第6A圖之儲氣結構，是以相同之元件的細節請參照第6A圖之儲氣結構的描述，在此將不再贅述，而表一則呈現實施例2之儲氣結構與比較例1之儲氣結構的單位結構重量之儲氣量、充填時間、充填速率與釋氣率的數值。具體而言，在實施例2中，單位結構重量之儲氣量係在10~20°C的環境溫度且5 Kg/cm ²的充填壓力下，每單位結構儲存的目標氣體重量。充填時間係在10~20°C的環境溫度下，儲氣結構充填目標氣體所需要的時間。充填速率係在20°C的環境溫度且2 Kg/cm ²的充填壓力下，每單位時間內，單位結構增加之目標氣體重量。釋氣率係在40°C的環境溫度且連續釋氣6小時，儲氣結構釋放的目標氣體重量。詳細來說，本試驗是以氫氣(H ₂)作為目標氣體，以進一步分析實施例2之儲氣結構在不同時間點的釋氣表現。在本試驗中，實施例2是以本發明之儲氣結構進行實驗，而比較例1則為顆粒狀儲氣結構，且比較例1之儲氣結構不具放射狀孔洞。另外，本試驗中之釋氣率是以釋氣率計算式計算而得，而釋氣率計算式如下：。

表一
	實施例2	比較例1
單位結構重量之儲氣量 (wt%)	1~1.12	1~1.25
充填時間 (分鐘)	≤20	30~50
充填速率 [目標氣體重量/(測試前儲氣結構重量×分鐘)]	5.7×10 ^-4	2.5×10 ^-4
釋氣率 (%)	85.7	55.6

如第8圖所示，相較於比較例1，實施例2之儲氣結構的氣體流速在240分鐘前皆高於比較例1之儲氣結構，且如表一所示，實施例2之儲氣結構的釋氣率可達85.7%，而比較例1之儲氣結構的釋氣率僅55.6%。再者，相較於比較例1的充填時間，實施例2之儲氣結構的充填時間減少至少20%。再者，相較於比較例1的充填速率，實施例2之儲氣結構的充填速率提升55%。詳細來說，比較例1之儲氣結構為顆粒狀儲氣結構，其藉由添加接著劑使晶粒彼此連接，因而使晶粒表面被接著劑覆蓋，雖然氫氣分子可滲入並通過接著劑被覆層，但接著劑被覆層會增加氫氣分子至晶粒表面的距離，進而影響晶粒吸附並儲存氫氣的速度。相較而言，實施例2之儲氣結構具有單一管狀單元包含複數個孔道、二儲氣層具有不同密度以及複數個孔洞由孔道向外呈放射狀分布的結構配置，使儲氣結構具有優異之比表面積，因此充填氫氣時，氫氣分子可藉由放射狀分布之孔洞快速擴散至各儲氣層的晶粒表面，有效降低氫氣分子的質傳阻力。再者，實施例2之儲氣結構的複數個孔洞係由複數個晶粒彼此連接而形成，所述晶粒表面並無被接著劑覆蓋，因此可加速複數個晶粒吸附並儲存氫氣的速度，並於吸附氫氣後達到穩定儲存的狀態。由上述結果可見，本發明之儲氣結構透過管狀單元之不同密度二儲氣層以及放射狀分布之孔洞的結構配置可有效減少氣體充填時間，並提升氣體釋放率。

在其他實施例中，本發明之儲氣結構的一釋氣率可大於或等於56%。或者，本發明之儲氣結構的釋氣率可大於或等於60%。或者，本發明之儲氣結構的釋氣率可大於或等於70%。或者，本發明之儲氣結構的釋氣率可大於或等於80%。或者，本發明之儲氣結構的釋氣率可大於或等於85%。

再請參照第9圖及第10圖，第9圖係呈現實施例2之儲氣結構及比較例2之儲氣結構的釋氣試驗結果圖，其中實施例2之儲氣結構為第6A圖之儲氣結構，是以相同之元件的細節請參照第6A圖之儲氣結構的描述，在此將不再贅述，第10圖係呈現第9圖之0分鐘至30分鐘的釋氣試驗結果圖。詳細來說，本試驗同樣是以氫氣作為目標氣體，其中實施例2是以本發明之儲氣結構進行實驗，而比較例2則為市售之孔洞分布呈碎形網路分布之儲氣結構，與本發明之儲氣結構的放射狀孔洞分布並不相同。

如第9圖所示，相較於比較例2，實施例2之儲氣結構的氣體流速高於比較例2之儲氣結構，且如第10圖所示，當氣體流速固定在每分鐘100毫升的情況下(如箭頭所指之處)，實施例2在維持較高流速的情形下具有較長的釋氣時間，且相較於比較例2，實施例2的釋氣時間可延長一倍以上。

綜上所述，本發明之儲氣結構及儲氣裝置的優點如下。其一，透過儲氣結構包含至少一管狀單元，管狀單元包含至少二儲氣層，且儲氣層的複數個孔洞由管狀單元的孔道向外呈放射狀分布的結構配置，有利於增加儲氣結構的比表面積，並引導氣體在儲氣結構中的流動方向，從而降低氣體的質傳阻力，可有效提升晶粒儲存或釋放氣體的效率，並降低儲氣結構充填氣體的時間。其二，透過至少二儲氣層具有不同密度的結構配置，使晶粒在儲存與釋放氣體所導致的熱變化與體積變化過程中更為穩定，進而提升儲氣結構的使用壽命。其三，透過彈性調整晶粒尺寸為0.5微米至100微米的結構配置，可提供儲氣結構更佳的強度及韌性。其四，本發明之儲氣結構可依據不同的儲氣需求選用不同的晶粒材質或進行複合搭配，並可達到優異的釋氣效果。因此，本發明之儲氣結構具有相關產業的商業應用潛力。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:儲氣結構

110,410,510:管狀單元

111,411,511:孔道

112,412,512:第一儲氣層

113,413,513:第二儲氣層

200,300:儲氣裝置

210,310:本體

211,311:氣體出入口

212,312:容置空間

213,313:氣閥

314:導氣結構

315:導氣孔

514:晶粒

515:孔洞

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示本發明一實施方式之一實施例之儲氣結構的示意圖；第2圖係繪示第1圖之儲氣結構的部分放大圖；第3圖係繪示本發明另一實施方式之一實施例之儲氣裝置的示意圖；第4圖係繪示本發明另一實施方式之另一實施例之儲氣裝置的示意圖；第5A圖係呈現本發明之實施例1之儲氣結構的管狀單元的影像；第5B圖係呈現第5A圖之儲氣結構的局部剖視影像；第6A圖係呈現本發明之實施例2之儲氣結構的管狀單元的影像；第6B圖係呈現第6A圖之儲氣結構的部分放大圖；第6C圖係呈現第6B圖中第一儲氣層的放大圖；第6D圖係呈現第6B圖中第二儲氣層的放大圖；第7圖係呈現實施例2之儲氣結構的晶粒的影像；第8圖係呈現實施例2之儲氣結構及比較例1之儲氣結構的釋氣試驗結果圖；第9圖係呈現實施例2之儲氣結構及比較例2之儲氣結構的釋氣試驗結果圖；以及第10圖係呈現第9圖之0分鐘至30分鐘的釋氣試驗結果圖。

100:儲氣結構

110:管狀單元

111:孔道

112:第一儲氣層

113:第二儲氣層

Claims

一種儲氣結構，包含：至少一管狀單元，包含：至少一孔道；以及至少二儲氣層，環繞該至少一孔道，其中各該儲氣層具有複數個孔洞，且該至少二儲氣層在相同單位體積內具有不同的孔洞尺寸及不同的孔洞數量；其中，各該儲氣層包含複數個晶粒，各該儲氣層是由該些晶粒堆疊而成，該些孔洞係由該些晶粒彼此連接而形成，且該些孔洞由該至少一孔道向外呈放射狀分布；其中，各該晶粒之材質係選自於由下列合金所構成的群組：AB、AB₂、AB₃、AB₅、A₂B、A₂B₇、A₆B₂₃、固溶體以及鎂基合金，其中A為放熱型金屬，B為吸熱型金屬。
如請求項1所述之儲氣結構，其中各該孔洞的一孔洞尺寸為0.1微米至500微米。
如請求項1所述之儲氣結構，其中該至少二儲氣層的數量為二，二該儲氣層分別為一第一儲氣層與一第二儲氣層，且該第一儲氣層與該第二儲氣層由該至少一孔道至該至少一管狀單元的周緣依序相連且同心設置；其中，該第一儲氣層的一密度小於或大於該第二儲氣層的一密度。
如請求項3所述之儲氣結構，其中當該第一儲氣層的該密度小於該第二儲氣層的該密度時，該第一儲氣層的該些孔洞的一平均孔洞尺寸為100微米至200微米，且該第二儲氣層的該些孔洞的一平均孔洞尺寸為0.1微米至100微米。
如請求項1所述之儲氣結構，其中各該晶粒的一晶粒尺寸為0.5微米至100微米。
如請求項1所述之儲氣結構，其中各該晶粒之材質包含碳族元素材料、硼族元素材料、氮族元素材料、沸石材料、金屬有機骨架材料、金屬氧化物材料、矽凝膠、氣凝膠、鋰型分子篩、共價有機骨架材料、膨潤土或海泡石。
如請求項1所述之儲氣結構，其中各該晶粒之材質係選自於由下列觸媒材料所構成的群組：銀、銅、碳、鈦、鎳、鐵、鈷、釩、鉑、鈀、鉻、金、鑭以及鈰。
如請求項l所述之儲氣結構，其中該儲氣結構相較於一商用顆粒狀儲氫結構或一商用錠狀儲氫結構的一氣體充填時間減少至少20%。
如請求項1所述之儲氣結構，其中該儲氣結構的一釋氣率大於或等於56%。
一種儲氣裝置，包含：一本體，包含一氣體出入口與一容置空間，其中該氣體出入口與該容置空間連通；如請求項1至請求項9之任一項所述之儲氣結構，設置於該容置空間中；以及一氣閥，設置於該本體上並連通該氣體出入口，且該氣閥連通該容置空間與一本體外部空間；其中，該氣體出入口的一最大橫徑與該至少一管狀單元的一最大橫徑平行；其中，當該氣閥開啟時，該儲氣結構之該孔道與該本體外部空間連通，此時該儲氣裝置係用以儲存或釋放氣體。
如請求項10所述之儲氣裝置，其中該本體更包含：一導氣結構，設置於該容置空間中，其中該導氣結構位於該氣閥與該儲氣結構之間，該導氣結構包含複數個導氣孔，且各該導氣孔的一最大橫徑與該至少一管狀單元的該最大橫徑平行；其中，該導氣結構係用以控制該儲氣裝置的一充氣速度或一釋氣速度。