液氢罐箱用MOFs吸附材料真空维持性能研究

李欣怡; 邹家豪; 王浩任; 潘权稳; 王博; 甘智华

doi:10.12465/issn.0253-4339.20251120002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

液氢罐箱用MOFs吸附材料真空维持性能研究

更新时间：2026-01-30

- 液氢罐箱用MOFs吸附材料真空维持性能研究
- Vacuum Maintenance Performance of MOF Adsorbents for Liquid-Hydrogen Storage Tanks
- 制冷学报 2026年页码：1-7
- 作者机构：
  
  1.浙江工业大学机械工程学院杭州 310014
  2. 浙大城市学院低温中心杭州 310015
  3. 浙江大学全省制冷与低温技术重点实验室杭州 310027
- 作者简介：
  
  潘权稳，男，副教授，浙大城市学院低温中心，E-mail：panqw@hzcu.edu.cn。研究方向：吸附式制冷/空气取水，直接空气碳捕集，低温吸附。
- 基金信息：
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20251120002
  中图分类号： TB61⁺1;O647.32
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20251120002
- 修回：2025-12-30，
  
  录用：2026-01-05，
  
  网络出版：2026-01-30，
- 稿件说明：
移动端阅览
李欣怡,邹家豪,王浩任等.液氢罐箱用MOFs吸附材料真空维持性能研究[J].制冷学报,

Li Xinyi,Zou Jiahao,Wang Haoren,et al.Vacuum Maintenance Performance of MOF Adsorbents for Liquid-Hydrogen Storage Tanks[J].Journal of Refrigeration,
李欣怡,邹家豪,王浩任等.液氢罐箱用MOFs吸附材料真空维持性能研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20251120002. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20251120002.

Li Xinyi,Zou Jiahao,Wang Haoren,et al.Vacuum Maintenance Performance of MOF Adsorbents for Liquid-Hydrogen Storage Tanks[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20251120002. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20251120002.

摘要

液氢罐箱因具有储氢密度高、系统成本低等优势在氢储运应用中展现出规模化储运潜力，但将液氢容器夹层长期维持在10

-2

Pa级高真空环境仍面临挑战，其中氢气残余是导致真空失效的主要因素，亟需开发高性能低成本的氢吸附材料。本研究基于金属有机框架材料（MOFs）的多孔特性，采用HKUST-1作为新型氢吸附剂，系统研究其吸附特性及其在液氢罐箱（长12 192 mm、宽2 438 mm、高2 591 mm，40英尺）中的应用机制。结果表明：通过自主合成获得的具有1 426 m

/g比表面积和双峰孔结构的HKUST-1展现出优异的物理吸附潜能，该材料在液氢温区具有可逆吸氢性能，且在极低压力区间仍保持有效吸附，兼具低温吸附与常温吸附双重功能。夹层真空动态模型结果揭示，在夹层冷端使用少量制备的HKUST-1能同时减少低温吸附剂和常温吸附剂的用量，有效提高对残余氢的物理吸附并减缓极低真空下H

分压力的上升速度。本研究为液氢储运装备真空维持提供了新材料解决方案，对液氢罐箱的安全设计和运维具有参考价值。

Abstract

Liquid-hydrogen tank containers have received increasing attention for hydrogen storage and transportation applications owing to their high hydrogen storage density and relatively low system cost. However， maintaining a high vacuum environment of 10

-2

Pa in the interlayer of liquid-hydrogen containers remains challenging， with residual hydrogen contributing significantly to vacuum failure. Thus， high-performance， low-cost hydrogen adsorption materials and their corresponding vacuum maintenance mechanisms must be developed urgently. In this study， the adsorption characteristics of HKUST-1—a metal-organic framework—and its application mechanism in 40-foot （length： 12 192 mm， width： 2 438 mm， height： 2 591 mm）liquid hydrogen tank containers were investigated. The results show that the self-synthesized HKUST-1， with a specific surface area of 1 426 m

/g and a bimodal pore structure， exhibited excellent physical adsorption potential. The material demonstrated reversible hydrogen adsorption in the liquid-hydrogen temperature range and maintained effective adsorption at extremely low pressures， thus serving dual functions for both cryogenic and ambient-temperature adsorption. Dynamic vacuum model results reveal that using a small amount of HKUST-1 at the cold end of the interlayer reduce

d the required amounts of both cryogenic and ambient-temperature adsorbents， thereby effectively enhancing the physical adsorption of residual hydrogen and retarding the increase of H₂ partial pressure under extreme vacuum conditions. This study provides a new material solution for vacuum maintenance in liquid-hydrogen storage and transportation equipment， as well as offers valuable insights into the safety design and operation of liquid-hydrogen tank containers.

关键词

Keywords

references

OSHIRO K ， FUJIMORI S . Limited impact of hydrogen co-firing on prolonging fossil-based power generation under low emissions scenarios ［J］. Nature Communications ， 2024 ， 15 ： 1778 .

杨浩楠，殷靓，巨永林 . 大型液氢储罐绝热结构发展现状及面临挑战［J］. 制冷学报， 2025 ， 46 （ 3 ）： 57 - 66 .

YANG Haonan ， YIN Liang ， JU Yonglin . Development status and challenges of thermal insulation in large liquid hydrogen storage tanks ［J］. Journal of Refrigeration ， 2025 ， 46 （ 3 ）： 57 - 66 .

KIM J ， PARK H ， JUNG W ， et al . Operation scenario-based design methodology for large-scale storage systems of liquid hydrogen import terminal ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2021 ， 46 （ 80 ）： 40262 - 40277 .

FESMIRE J E ， JOHNSON W L . Cylindrical cryogenic calorimeter testing of six types of multilayer insulation systems ［J］. Cryogenics ， 2018 ， 89 ： 58 - 75 .

DELLA PORTA P . Gas problem and gettering in sealed-off vacuum devices ［J］. Vacuum ， 1996 ， 47 （ 6/7/8 ）： 771 - 777 .

CHEN Shujun ， LI Xiangdong ， WANG Rongshun ， et al . Experimental investigation on hydrogen adsorption performance of composite adsorbent in the tank with high vacuum multilayer insulation ［J］. Vacuum ， 2009 ， 83 （ 9 ）： 1184 - 1190 .

CHEN Shujun ， WANG Rongshun ， LI Xiangdong . Experimental investigation and theoretical analysis on measurement of hydrogen adsorption in vacuum system ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2010 ， 35 （ 9 ）： 4347 - 4353 .

WANG Jian ， ZHAN Ying ， WEI Wei ， et al . A new cost effective composite getter for application in high-vacuum-multilayer-insulation tank ［J］. Vacuum ， 2016 ， 131 ： 44 - 50 .

IKEMOTO N ， KAWAKAMI T ， YONEHARA K ， et al . Adsorption of hydrogen and deuterium on A-type zeolites at 77 K after various heat treatments ［J］. Fusion Engineering and Design ， 2020 ， 158 ： 111701 .

YU Yang ， ZHU Ming ， HUANG Qianghua ， et al . Sorption properties of novel-fashioned low-cost hydrogen getters in a high-vacuum-multilayer insulation structure ［J］. Vacuum ， 2021 ， 192 ： 110452 .

YU Yang ， ZHU Ming ， XIE Fushou ， et al . Experimental investigation on sorption performance of new high-efficiency， inexpensive H 2 getters in high-vacuum， variable density-multilayer insulated hydrogen storage equipment ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2023 ， 48 （ 49 ）： 18761 - 18774 .

陈叔平，白彪坤，成永军，等 . 真空条件下氧化铂吸氢特性与微观结构研究［J］. 低温工程， 2020 （ 6 ）： 26 - 32 .

CHEN Shuping ， BAI Biaokun ， CHENG Yongjun ， et al . Experimental study on hydrogen absorption characteristics and microstructure of platinum oxide under vacuum ［J］. Cryogenics ， 2020 （ 6 ）： 26 - 32 .

HE Y X ， LIU L ， PAN Q W ， et al . Performance characterization and comparison study of silver molecular sieve hydrogen adsorbents in liquid hydrogen vessels ［J］. Vacuum ， 2024 ， 221 ： 112917 .

FURUKAWA H ， KO N ， GO Y B ， et al . Ultrahigh porosity in metal-organic frameworks ［J］. Science ， 2010 ， 329 （ 5990 ）： 424 - 428 .

OH H ， DAN Lupu ， BLANITA G ， et al . Experimental assessment of physical upper limit for hydrogen storage capacity at 20 K in densified MIL-101 monoliths ［J］. RSC Advances ， 2014 ， 4 （ 6 ）： 2648 - 2651 .

TIAN Tian ， ZENG Zhixin ， VULPE D ， et al . A sol–gel monolithic metal-organic framework with enhanced methane uptake ［J］. Nature Materials ， 2018 ， 17 （ 2 ）： 174 - 179 .

EDITED by József Tóth . Adsorption： Theory， Modeling， and Analysis ［M］. New York ： Marcel Dekker ， 2002 .

LI Xinyi ， LIU Lei ， HE Yuanxin ， et al . Cost-effective novel MIL-101（Cr） hydrogen adsorbents： From adsorption potential theory to vacuum maintenance in liquid hydrogen storage tanks ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2025 ， 176 ： 151446 .

ZELENKA T ， BALÁŽ M ， FÉROVÁ M ， et al . The influence of HKUST-1 and MOF-76 hand grinding/mechanical activation on stability， particle size， textural properties and carbon dioxide sorption ［J］. Scientific Reports ， 2024 ， 14 ： 15386 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

金属和石墨烯基磷酸铝复合吸附剂及其吸附制冷性能

智能抗逆微生物细胞工厂与绿色生物制造

动态调控策略在代谢工程中的应用研究进展

合成生物学在探索生物图案形成基本原理中的应用与展望

植物合成生物学的现在与未来