Международный Форум

«Водородные технологии для производства энергии»

Москва, Президент-Отель, 6-10 февраля 2006г.

Создание аккумуляторов с высоким содержанием водорода и мобильной подачей его к топливным элементам

            А.Ф. Чабак     Академия перспективных технологий

        Огромный интерес к водородной  энергетике в настоящее время проявляют прежде всего автомобилестроение и аэрокосмический комплекс,  а также атомная, промышленность, химическая промышленность, автотранспорт, водный и железнодорожный транспорт, производства портативных источников питания (мобильные телефоны, компьютеры, бытовая техника) и многие другие.

         Транспорт расходует около половины мировой добычи нефти. Поэтому эта область промышленного сектора в первую очередь активно осваивает использование водорода в качестве топлива, которое решает и экологические вопросы в первую очередь   больших городов и промышленных районов. 

      Согласно требованию, выдвинутому Министерством энергетики (Department of Energy, DOE) США, аккумуляция водорода должна составлять по крайней   мере 6,5 % от веса вещества-носителя для того, чтобы он мог претендовать на место традиционных видов топлива. Как топливо он имеет высокое содержание энергии на единицу массы- 120,7 ГДж/т, что выше, чем у любого органического топлива.

        Существующие  способы аккумулирования обеспечивают невысокие содержания водорода - до 10% весовых (газообразный водород под давлением в баллонах), и при этом имеют  ограничения по дальнейшему росту этого показателя,  а также не высокие показатели по обеспечению взрывобезопасности.  Водород можно хранить в жидком состоянии при его охлаждении до –253^oС (до 7,1% вес.), но для  охлаждения водорода до этой температуры требуется затратить порядка одной трети содержащейся в нём энергии (11 кВт.ч/кг Н₂), потери водорода при испарении 3-5% в сутки_.  Все другие способы аккумуляции водорода (интерметаллиды, фуллерены, нанотрубки,   адсорбция на активированных углях и другие способы) обеспечивают содержание водорода не выше 10% (как правило до 4,5%).

                    На рис. 1 показана зависимость плотности водорода от давления при температуре 18⁰С [1]. Плотность водорода при давлениях выше 200 МПа превышает плотность (70г/л) жидкого водорода при Т= 20,4К и Р = 0,1 МПа, а при давлениях выше 300 МПа превышает плотность (88 г/л) твердого водорода при Т= 14К и Р = 0,1 МПа.

Аккумуляторы водорода должны обеспечивать не только его высокое удельное содержание, но также возможности быстрой их зарядки и извлечения водорода со скоростью, обеспечивающей работу двигателей внутреннего сгорания или электрохимических генераторов на основе топливных элементов.

Наиболее оперативно проблема заправки и извлечения водорода решается при использовании аккумуляторов газообразного водорода под давлением. Но баллоны таких аккумуляторов имеют существенные ограничения по содержанию водорода и не являются высоконадежными с позиции взрывобезопасности. В некоторых странах действуют ограничения по давлению водорода в баллонах. Как видно из графика на рис. 1, даже разрабатываемые в настоящее время баллоны с рабочим давлением 70 МПа будут содержать водород с плотностью не выше 40 г/л.

Наибольшего удельного содержания водорода можно добиться в микропористых структурах на основе микросфер или капилляров, но временные характеристики заправки и извлечения водорода из таких структур не удовлетворяют, в частности, требованиям Департамента энергетики США, приведенным в табл.1.                                Табл.1

      Поэтому для создания аккумуляторов водорода с высоким удельным его содержанием и возможностью быстрого обеспечения топливных элементов водородом требуется сочетать достоинства способов хранения водорода в баллонах – оперативность извлечения водорода – и хранения в микропористых структурах – высокое удельное содержание водорода.

Для получения документа в полном объеме необходимо обратиться к Администратору сайта по контактным реквизитам, приведенным на странице.