探讨复合金属氢分离膜热应力的数值模拟

　　目前大规模氢气制备过程中，所得产物含有一些使燃料电池电极催化剂中毒的气体，从而使燃料电池催化剂活性减弱、寿命缩短，这也成为制约清洁、高效燃料电池在实际推广应用中最主要的障碍之一[1].因此，从混合气体中分离出氢气，是获得高纯度氢气的一个非常重要的步骤。由于传统方法难以获得高纯度的氢气，不能满足某些行业对高纯氢的需求，因此对氢气纯化分离膜的研究具有潜在而广阔的应用前景。
　　
　　1、氢气纯化分离膜综述
　　
　　对氢气纯化的膜分离技术主要有：原子传输致密金属膜、离子传导膜和微孔过滤分离膜等[2].其中原子传输致密金属膜可以获得纯度高达99.9999%的高纯氢气，使其成为获得高纯氢气的主要手段之一。由于原子传输致密金属膜主要利用了金属钯对氢气具有一种特殊性质，即氢气分子可以在金属钯表面离解成氢原子，在浓度梯度作用下，氢原子可以在金属钯中进行扩散输运至另一侧，然后两个氢原子又可以重新解离为氢气分子，在金属钯表面脱离，完成氢气穿透金属钯膜的整个过程。为了减少原子传输致密金属膜对贵重金属钯的用量，现在原子传输致密金属膜的研究工作主要集中在复合金属祀分离膜[3]上。该分离膜主要是以表面容易氧化生成氢气难以渗透的致密氧化层的廉价高渗氢金属如钽（Ta）、钒（V）等为基材，通过物理或化学方法[4,5]在基材表面上沉积一层很薄的钯或钯合金，形成如图1所示的平板式复合金属氢分离膜，从而既能实现高纯度氢气的分离，又能够有效地减少贵重金属钯的用量。