Второй международный симпозиум «Безопасность и экономика водородного транспорта»
IFSSEHT-2003
МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАТИМОГО ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА
Б. П. Тарасов
Институт проблем химической физики Российской Академии наук, Институтский проспект, 14, Черноголовка, Московская область, 142432, Россия Факс: (096) 515-48-20, e-mail: btarasov@icp.ac.ru
Водород как универсальный, доступный, высокоэффективный и экологически чистый энергоноситель имеет широкие перспективы практического использования. Одной из задач, успешное решение которой во многом определяет дальнейший прогресс в развитии водородной энергетики, является разработка технически и экономически эффективного метода мобильного хранения водорода, поскольку традиционные методы — компрессионные и криогенные — не удовлетворяют современным требованиям (таблицы 1,2). В связи с этим гидриды с высоким содержанием связанного водорода и высокоэффективные углеродные сорбенты вызывают интерес как перспективные системы хранения водорода.
В докладе обсуждается металлогидридный способ аккумулирования водорода, в основу которого положена способность ряда интерметаллических соединений, сплавов и композиционных материалов обратимо и избирательно поглощать водород по реакции:
RT + x H2
n m 2
^P T
абс' абс
^P T
дес, дес
R T H2 + Q.
ti m /v -
где Я — гидридообразующий металл II, III и IV групп; Т — 3ё- и 4ё-переходный металл; п, т = 1-5; Q — теплота реакции. В образующихся гидридных фазах
плотность атомов водорода в 1,5-2 раза превышает плотность жидкого водорода. Равновесие реакции устанавливается сравнительно быстро и может быть смещено путем изменения давления (Рабс>Рдес) или температуры (T^ T ). Зависимость равновесного давления водорода в области фазового перехода от температуры описывается уравнением lg P = A-BIT, где А и В — постоянные величины для каждого конкретного состава сорбента. Выделяющийся из гид-ридных фаз водород содержит не более 0,001% газообразных примесей. Характеристики некоторых перспективных металлогидридных систем хранения водорода представлены в таблице 3.
В ИПХФ РАН разработаны автономные метал-логидридные аккумуляторы водорода (дейтерия) многократного действия (не менее 1000 циклов сорбции-десорбции) с различными количественными и абсорбционно-десорбционными характеристиками (таблица 4). Они могут быть использованы в качестве источника высокочистого водорода, тер-мосорбционного компрессора, теплового насоса, регулятора давления в водородных коммуникациях, детектора водорода и для извлечения водорода из газовых смесей.
Таблица 1
Существующие методы хранения водорода
Содержание Объемное
Методы хранения водорода, масс. % содержание, кг/м3 Недостатки
Газообразный Н2 (300 К, 10 МПа) 100 7,7 Большая масса тары, малая объемная емкость
Жидкий Н (20 К) 100 71 Большие потери при хранении, высокая стоимость
Гидриды легких металлов: А1Нз MgH2 ПА1Н4 10 7,6 11,7 100 120 110 Трудность или невозможность многократного использования, чувствительность к влаге и воздуху
Гидриды интерметаллидов и сплавов: Ьа№5Н6.7 Т1ГеН2 Mg2NiH4 (М^Ьа-№)Нх 1.4 1,9 3,7 5.5 85 95 80 90 Недостаточная емкость, необходимость подогрева
Криоадсорбционный: активированный уголь (155 К, 6,9 МПа) 0,05-2 ~0,5-20 Необходимость охлаждения и компримирования
Углеродные наноструктуры: 3-14 ~30-100 Отсутствие надежных данных, плохая
нанотрубки, нановолокна воспроизводимость результатов
Хранение водорода
Таблица 2
Современные требования к мобильным системам хранения водорода
Японская правительственная программа WE-NET Департамент энергетики США Международное энергетическое агентство
< £ количество водорода — количество водорода — количество водорода —
ь >3 масс. %, > 6 масс. %, > 5 масс. %
а температура дегидрирования — количество водорода по объему —
а и <100 оС, > 60 кг/м3 температура дегидрирования —
пз и циклическая устойчивость — <150 оС
и >90% после 5000 циклов
и
Таблица 3
Характеристики перспективных металлогидридных систем хранения водорода
Металлическая фаза Плотность сплава (гидрида), г/см3 [Н] в гидриде масс. % Условия выделения водорода кДж/ моль Н2
Т, К Рн2, МПа
Ьа№5 8,3 (6,6) 1,4 293 0,12-0,15 31
Ьа0,7Мт0,3№5 8,2 (6,5) 1,4 293 0,35-0,40 30
Т^е 6,9 (5,5) 1,7 293 0,1-0,2 30-33
(Т^г)(Мп,У,Ре,Ог)2 6-7 (5-6) 1,8-2,2 293 0,1-1,0 30-40
Mg2Ni 3,4 (2,7) 3,7 523 0,12-0,15 65
Mg-Mm-Ni 2,5 (2,1) 5-5,4 573 0,3 и 0,1 70
Таблица 4
Характеристики изготовленных в ИПХФ РАН металлогидридных аккумуляторов водорода
Характеристика На основе сплавов La(Mm)Ni5 На основе сплавов Mg-La(Mm)-Ni
Количество обратимого водорода, л 250-2500 40-200
Рабочий интервал давлений, МПа 0,1-5 0,1-0,5
Рабочий интервал температур, оС 0-100 250-300
Система нагревания и охлаждения водяная электрическая
Масса рабочего материала, кг 1,5-15 0,1-0,5
Общий вес, кг 4-40 1,5-3
Размеры:
диаметр, мм 70-300 40-70
высота, мм 250-800 100-250
^АЕЕ Специальный выпуск (2003)
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.