химический каталог




Введение в водородную энергетику

Автор Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г.Кулешов

ржании водорода (около 1,5%) его плотность в гидриде интерметаллида LaNi5 примерно в 1,5 раза выше плотности жидкого водорода. Равновесное насыщение интерметаллида LaNi5 водородом достигается за время, как правило, не превышающее 10 мин, причем большая часть водорода (до 90%) поглощается или десорбируется за первые 3—5 мин. Относительно малая зависимость скорости поглощения от температуры и давления свидетельствует о малой энергии активации этого процесса. Нужно отметить, что десорбция водорода происходит с некоторым гистерезисом (Рдес^Рабс), уменьшающимся по мере увеличения числа циклов т процесса абсорбция — десорбция.

Абсорбционная емкость интерметаллида LaNis с понижением температуры заметно возрастает при практически неизменной скорости абсорбции. На рис. 6.7 приведена зависимость состава гидрида LaNisH* от температуры при различных давлениях. При давлении водорода в реакторе р^5 МПа эта зависимость вплоть до температур 370— 390 К носит близкий к линейному характер. При давлении 2 МПа линейность сохраняется на участке до 330—340 К, при давлении 1 МПа —на участке до 300—310 К. При более низких температурах изобары этой зависимости отличаются несущественно, что позволяет с приемлемой достоверностью провести ее экстраполяцию в область низких температур и оценить тем самым максимально достижимую

185

Рис. 6.7. Диаграмма состав — температура для системы

LaNisHx:

Изобары: 1 — 1 МПа; 3 — 2 МПа: 3 — 5 МПа

абсорбционную емкость интерметаллида LaNis. На рис. 6.7 видно, что эта емкость не может существенно превышать 8—9 атомов водорода на «молекулу» LaNis. При абсорбции водорода предварительно активированным порошком LaNi5 экспериментально удалось получить гидриды составов LaNi5H7,3 (7=263 К), LaNi5H7,6 (243 К) и LaNisHs (233 К). Давления диссоциации, соответствующие

равновесиям при этих температурах, близки соответственно к 0,05; 0,015 и 0,001 МПа.

Несмотря на относительно небольшой тепловой эффект взаимодействия водорода с LaNi5 (около 30 кДжХ Хмол-1 Нг), быстрая абсорбция водорода может приводить к самопроизвольному разогре-'"о 0? Ifl ?5 * ванию образца на 3—5 градусов. На абсорбционную способ-Рис. 6.8. Изотермы абсорбции ность LaNi5 практически не водорода сплавом FeTi: оказывает влияния наличие

?—273K; г—зозК: з— тк.; *—

343 к в водороде химически инерт-

ных по отношению к LaNi5 примесей, например азота и метана. Кислород и водяные пары медленно окисляют этот интерметаллид, постепенно снижая его абсорбционную способность, однако скорость этого окисления становится заметной лишь при температурах выше 320 К.

Введение в LaNis добавок других металлов, замещающих La или Ni, принципиально не изменяет абсорбционной емкости интерметаллида.

Близкими эксплуатационными характеристиками обладает гидрид TiFeH2, образующийся при абсорбции водорода интерметаллидом TiFe. Массовое содержание водорода в TiFe составляет 1,8% (объемное соответственно 0,1 гХ Хсм-3). Десорбция водорода в этом случае проходит две стадии с промежуточным образованием моногидрида TiFeH, давление диссоциации которого при 298 К состав-, ляет около 0,5 МПа (рис. 6.8). Существенным преимуществом интерметаллида TiFe, если рассматривать его в качестве рабочего вещества для создания аккумулятора водорода массового потребления, является его относительно низкая стоимость.

Модифицированные интерметаллиды на основе LaNi5 и TiFe, судя по опубликованным данным, являются наи-

186

Таблица 6.6. Основные эксплуатационные характеристики различных интерметаллидов

Соединение (сплав) Давление активации, МПа ?? к Равновесное давление, МПа Реакционная способность. лН»-кг-> Продолжительность процесса поглощения, ч Продол жи-тельность процесса разложения, ч

LaNij 5-6 293 323 343 353 0,20 0,75 1,20 1,70 160 150 130 120 0,5-4,0 0,5 o'.i

LaNi, LaNi3 La2Ni9Cu LaO,9Ce0,lNi5 La0,eCe0.4Nl5 1,0—1,2 1,0—1,2 5-6 5-6 5-6 5-6 293 293 293 293 293 293 0,25 ?',5 1,0 0,35 0,9 140 45 165 160 175 182 0,5-1,01 4 4 4 0,4—0,5 ?,?—0,2 0,1—0,2 0,2—0,4 0,1-0,3

FeTi 3—4 273 308 373 ?,? 0,5 1,0 150—220 . · * - 0,3—0,6 0,2—0,4 0,2—0,3

Mg2Ni 1,0—1,4 410—570 0,10—ОДЕ 450—500 1—4 0,4—0,5

293 0,1

Mg2Cu 1,0—1,' 410—570',0,10—0,1 f 3 670—700 1-4 0,4—0,5

293 I 0,1 ... ...

» Данные не опубликованы.

более приемлемыми материалами для создания низкотемпературных (290—300 К) аккумуляторов водарода. Некоторые технические характеристики различных интерметаллидов приведены в табл. 6.6 по данным [113, 114J.

Влияние модифицирования двух основных интерметаллидов LaNis и TiFe на их эксплуатационные характеристики как аккумуляторов водорода активно изучается в последнее время (см., например, [115]). В табл. 6.7 показано снижение необходимого давления процесса абсорбции и

Таблица 6.7. Давление абсорбции и десорбции водорода при 298 К для модифицированных интерметаллидов класса LaNi,

Интерметаллид Давление абсорбции, МПа Давление десорбции, МПа

La№5 LaNi4,0Cu0il LaNi4;9Ti0ll 0,250 0,210 0,205 0,160 0, 150 0,155

187

значения гистерезиса при введении в интерметаллид LaNi5 добавок меди и титана (по данным [115]).

На рис. 6.9 показано снижение равновесного давления десорбции водорода при легировании интерметаллида TiFe бериллием [116].

Выбор веществ для создания аккумуляторов водорода, работающих в интервале температур 350—650 К, значительно более широк. Ими могут быть, например, гидриды

интерметаллидов типа АВ3, где А — редкоземельный металл, а В — Fe, Со или Ni и прежде всего наиболее изученные ScFeH3,9( ScNi2H3,2 и СеСоН5, которые по содержанию водорода на 1 кг гидрида находятся на уровне TiFeH2, но существенно превосходят его по эксплуатационным качествам,поскольку хранение водорода, аккумулированного в этих гидридах, не требует приме-Рис. 6.9. Изотермы десорбции водо- Нения контейнеров, рас-рода для сплава TiFe (кривая /) и считанных на избыточное сплава TiFe0,sBe0,2 (кривые 2—5): давление 0,5—1,0 МПа

5~2з98Кк 2-294 К; 3-323 К; 4-353 К; ПРИ температурах, близких к температуре окружающей среды. К этой же группе материалов может быть отнесен гидрид Mg2NiH4, массовое содержание водорода в котором достигает 3,6%, однако кинетика поглощения водорода интерметаллндом Mg2Ni при низких температурах и давлениях водорода 0,1—1,0 МПа несколько хуже, чем другими соединениями, рассмотренными выше.

Принципиальное преимущество хранения водорода в контейнере с гидридами интерметаллидов типа LaNisH6 или TiFeH2 по сравнению с хранением в газовых баллонах иллюстрирует следующая оценка: стандартный металлический баллон, содержащий около 0,5 кг водорода, имеет массу около 85 кг при объеме 40—45 л, а соответствующий контейнер с гидридом — около 45 кг (в том числе масса гидрида — около 35 кг) при объеме 13—14 л. Дополнительные преимущества связаны с тем, что для зарядки контейнера, содержащего интерметаллид, требуется компрессор на

???

более низкие давления, контейнеру может быть придана произвольная, удобная в данном конкретном случае форма. При эксплуатации устройства, содержащего водород в аккумулированном состоянии, не нужны специальные меры предосторожности, так как при разгерметизации контейнера произойдет лишь медленное разложение гидрида с частичным окислением образующегося интерметаллического соединения.

Создание систем хранения водорода на основе гидридов ИМС связано с решением ряда сложных научных и инженерно-технических задач. В процессах гидрирования-дегидрирования объем сплавов существенно изменяется (на 20— 30%), в связи с чем система хранения должна предусматривать возможность расширения засыпки без разрушения или деформации контейнера. Активированный сплав обычно является мелкодисперсным порошком с размерами частиц в несколько микрометров, в связи с чем в процессе работы контейнера для хранения водорода может происходить флюидизация засыпки и вынос частиц из нее. Для предотвращения этих нежелательных эффектов применяются тонкие фильтры, пористые трубы, капсулирование, создание композитных материалов из частиц интерметаллида, заключенных в матрицу из металлов или других материалов, и т. д. Процессы сорбции и десорбции водорода сопровождаются заметными тепловыми эффектами (25—50 кДж-моль_1Н2), что требует создания эффективного теплообменника для обеспечения процессов зарядки системы хранения и выдачи водорода из нее [118]. Исключительно низкая теплопроводность засыпки [0,6—1,9 ВтХ Х(м-К)-1] вызывает серьезные трудности при создании эффективных теплообменников для контейнера. В настоящее время созданы экспериментальные образцы стационарных хранилищ водорода с использованием гидридов ИМС различных типов и контейнеры для транспортных установок.

Характеристики некоторых экспериментальных стационарных систем приведены в табл. 6.8. Эти системы созданы для работы с автономными источниками энергии в составе автономных энергоустановок и в качестве основного элемента систем хранения энергии при солнечном энергообеспечении жилища.

В настоящее время недостаточно данных для анализа экономической эффективности крупных стационарных систем хранения водорода с использованием гидридов ИМС. Стоимость сплавов ИМС по зарубежным данным составляет для сплавов на основе FeTi, Mg2Ni, Mg2Cu, CaNis

189

? 'на

I.нии-it

•HHnodoosff чюо(1олэ

JJi 'Etrodoiroa

OJOWHHBUX BOOE^

ЛЯ 'ВОЭНИЭХНОЯ BDDBW

(0 4

о о, о

et О

и

а

S

ч

S

в я о.

X ?

? CJ, Я S

о

S

я и

SU

Sis:

н я

и

О, о

и а я ч

A S

Я ?-

О)

• в

«О я ?

я S я ч

19 О

f-i CJ

190

JS "BeBIfUO ВЭЭЕДО

вЦм 'эяййев ndu эинэтав1г зэьоуе^

О)

00

см

3

о о

см со

о .4

§2

см

о

00

см

оо

СО

СО

см

СО

о ю

00

«5

со

о о

о tv

8 ·* ·*

СО СО со

a h II в II ?

i§ -> S ^ в

? о -Г»Я г я н О аЯ

2 Я ° я Я

§s ^ Ч о 03 Ч? *

4 С _ га Й Я i >, •? ? Л н

со ? ?) о о га

& .s оя

страница 37
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Скачать книгу "Введение в водородную энергетику" (2.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
освещение фасадов москва рекламное агенство
замена глушителяярославль
выправление вмятин без покраски на севере
магнитные рамки на номера

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)