Development and simulation of a hydrogen storage unit using metal hydrides

Développement et modélisation d'un réservoir de stockage d'hydrogène sur hydrures métalliques.

¹ CEA Grenoble, DRT/LITEN/ DTH, 17 rue des Martyrs, 38054 Grenoble, France
² CNRS, CMTR-ICMPE-UMR7182, 2–8 rue Henri Dunant, 94320 Thiais Cedex, France
³ CEA, Équipe LEGI-GRETh, 17 rue des Martyrs, 38054 Grenoble Cedex, France

Corresponding author: maxime.botzung@cea.fr

Received: 15 March 2007
Accepted: 7 June 2007

Abstract

This paper presents a hydrogen storage system using metal hydrides for a Combined Heat and Power CHP) system. Hydride storage technology has been chosen due to project specifications: high volumetric capacity, low pressures (<3.5 bar) and low temperatures (<75 °C: fuel cell temperature). During absorption, heat from hydride generation is dissipated by fluid circulation. An integrated plate-fin type heat exchanger has been designed to obtain good compacity and to reach high absorption/desorption rates. At first, the storage system has been tested in accordance with project specifications (absorption/desorption 3.5/1.5 bar). Then, the hydrogen charge/discharge times have been decreased to reach system limits. System design has been used to simulate thermal and mass comportment of the storage tank. The model is based on the software Fluent. We take in consideration heat and mass transfers in the porous media and a convective flow for cooling/heating the system during absorptions/desorptions. The hydride thermal and mass comportment has been integrated in the software. The heat and mass transfers experimentally obtained have been compared to results calculated by the model.

Résumé

Dans cet article est présenté un stockage d'hydrogène sur hydrures métalliques intégré à un système de cogénération. Le choix du stockage d'hydrogène s'est orienté vers les hydrures afin d'obtenir une bonne capacité volumique avec des pressions faibles (<3,5 bar) et des températures adaptées aux piles à combustibles (<75 °C). Pendant l'absorption, l'hydrure métallique dégage de la chaleur qui est dissipée par une circulation de fluide. Un échangeur à plaques et ailettes permet d'obtenir une bonne compacité avec des temps de chargements/déchargements rapides. Le système a été testé à débit constant puis à pressions constantes (absorption/désorption 3,5/1,5 bars). Les géométries ont été utilisées afin de simuler les transferts thermiques et massiques. On prend donc en compte un écoulement convectif couplé à une disparition massique et un apport de chaleur dans un milieu poreux. Cette simulation est basée sur le logiciel Fluent auquel est couplé le comportement de l'hydrure métallique. Les valeurs expérimentales obtenues ont ensuite été comparées aux valeurs résultant du modèle.