Способ аккумулирования водорода в ламельных электродах

Авторы патента:

F17C11/00 - Применение в сосудах растворителей или поглотителей газов

Владельцы патента RU 2573439:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности. Согласно изобретению емкость для хранения водорода представляет собой обычный никель-кадмиевый аккумулятор с ламельными электродами. Предложенный способ аккумулирования водорода состоит в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов. Электроды насыщаются водородом, благодаря электролизу электролита во время перезаряда аккумулятора при напряжении 1.7 В в течение 1,8 лет. Техническим результатом изобретения является возможность использования для накопления водорода дешевых, промышленно выпускаемых ламельных электродов и получение массового содержания водорода в оксидно-никелевых электродах 9-10%, а в кадмиевых электродах 8,0-8,5%.

Известен способ аккумулирования водорода (патент РФ №2283453, МПК F17C 11/00, 2006), в котором в качестве накопителя-аккумулятора водорода используются микросферы, изготовленные из стали или титан, или лантан, или никель, или цирконий, или сплавы на основе этих металлов или графит, или композиции на основе графита. Способ аккумулирования водорода заключается в насыщении микросфер водородом путем диффузии, при этом помещают микросферы, являющиеся катодом, в водородосодержащую среду, а насыщение микросфер проводят водородом, переведенным в ионную форму. Перевод водорода в ионную форму можно проводить электролизом в водных растворах. Перевод водорода в ионную форму можно проводить ионизацией, например, в электрическом разряде. Недостатком изобретения является то, что в качестве накопителя-аккумулятора водорода используются микросферы, изготовление которых является очень высокотехнологичным и дорогостоящим процессом.

В качестве прототипа выбран способ аккумулирования водорода (патент РФ №2037737, МПК F17C 5/04, 1995), заключающийся в насыщении накопителя путем диффузии водорода внутрь накопителя, в котором в качестве накопителя водорода используется порошок интерметаллида. Недостатком изобретения является то, что массовое содержание водорода - отношение веса водорода, содержащегося в емкости, к весу самой емкости - 4,5%, является очень низким, кроме того интерметаллиды накопители водорода содержат редкие и дорогие металлы.

Задачей изобретения является использование недорогих, широко выпускаемых материалов для накопления и хранения водорода, снижение давления и температуры на стадиях аккумулирования и хранения водорода, повышение массового содержания водорода, уменьшение потерь водорода при хранении и аккумулировании, что приведет к повышению безопасности и экономичности.

Поставленная задача решалась благодаря тому, что в известном способе аккумулирования водорода путем диффузии водорода внутрь накопителя внесены изменения, характеризующиеся тем, что в качестве накопителя водорода используется никель-кадмиевый аккумулятор с ламельными электродами, а насыщение водородом происходит во время перезаряда аккумулятора при напряжении 1,7 В в течение 1,8 лет.

Емкость для хранения водорода представляет собой обычный никель-кадмиевый аккумулятор с ламельными электродами.

Предложенный способ аккумулирования водорода состоит в насыщении ламельных электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов. Электроды насыщаются водородом, переведенным в ионную форму. Перевод водорода в ионную форму проводится электролизом электролита во время перезаряда аккумулятора. Перезаряд аккумулятора осуществляется при напряжении 1,7 В в течение 1,8 лет. С самого начала используется уже заряженный аккумулятор, чтобы исключить предварительную стадию его заряда. Кислород, выделяющийся в результате разложения воды электролита, выходит из емкости, а водород частично выходит, а частично накапливается в пористых электродах [Галушкин Д.Н. Возможность теплового разгона в ламельных никель-кадмиевых аккумуляторах // Электрохимическая энергетика. - 2007. - Т. 7. - №3. Стр. 128-132]. Не смотря на то что водород выделяется только на отрицательных электродах, из-за плотной упаковки электродов он проникает и в положительные электроды и в равной степени накапливается в обеих группах электродов. Водород обладает очень высокой диффузионной проницаемостью. Коэффициент диффузии атомов водорода в твердых веществах во много раз больше коэффициента диффузии любых других атомов, включая и атомы кислорода [Колачев Б.А., Ильин А.А. Лаврененко В.А. Левинский Ю.В. Гидридные системы (справочник). - М.: Металлургия, 1992. - С. 37-157]. Поэтому водород накапливается в пористых электродах, а кислород нет.

В ламельных электродах в качестве наполнителей используется графит или сажа. Данные материалы способны накапливать водород в значительных количествах [Галушкин Д.Н., Румянцев К.Е., Галушкин Н.Е. Исследование нестационарных процессов в щелочных аккумуляторах Шахты: ЮРГУЭС, 2001, 112 с.; Галушкин Н.Е., Кукоз В.Ф., Язвинская Н.Н., Галушкин Д.Н. Тепловой разгон в химических источниках тока Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2010, 210 с.].

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1.

В качестве накопителя водорода исследовался аккумулятор КН-10 с ламельными электродами. После перезаряда аккумулятора при напряжении 1.7 В в течение 1,8 лет в электродах накапливается большое количество водорода.

Для определения количества аккумулированного водорода электрод помещался в герметичную металлическую емкость с трубкой для отвода выделяющегося газа. Выделяющийся водород по трубке поступал в эластичную емкость для сбора газа, по пути водород частично охлаждался, проходя через стандартный змеевик. Электрод нагревался до 800°С. Количество накопленного в эластичной емкости водорода определялось по объему емкости. Массовое содержание водорода в оксидно-никелевых электродах было 10%. Массовое содержание водорода в кадмиевых электродах было 8,5%.

Пример 2

В качестве накопителя водорода исследовался аккумулятор НК-28 с ламельными электродами. После перезаряда аккумулятора при напряжении 1.7 В в течение 1,8 лет в электродах накапливается большое количество водорода.

Массовое содержание водорода в оксидно-никелевых электродах было 9,8%. Массовое содержание водорода в кадмиевых электродах было 8,4%.

Используемый способ накопления водорода обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества.

1. Позволяет использовать для накопления водорода дешевые промышленно выпускаемые ламельные электроды.

2. Процесс насыщения водородом происходит при комнатной температуре. Таким образом, данное изобретение обеспечит промышленность безопасными и экономически выгодными способом и емкостью для аккумулирования и хранения водорода.

Способ аккумулирования водорода в ламельных электродах, заключающийся в насыщении накопителя путем диффузии водорода внутрь накопителя, отличающийся тем, что в качестве накопителя водорода используется никель-кадмиевый аккумулятор с ламельными электродами, а насыщение водородом происходит во время перезаряда аккумулятора при напряжении 1.7 В в течение 1,8 лет.

Изобретение относится к материаловедению, микро- и наноэлектронике и может быть использовано в технологических процессах получения энергоносителей. В качестве аккумулирующего материала для насыщения атомарными и/или молекулярными веществами использован шаровидный материал микронных размеров, состоящий из наноразмерных двумерных спиралеобразно, радиально и аксиально расположенных пластин графита, имеющих единый центр.

Аккумулятор водорода // 2521904

Баллон для растворенного ацетилена // 2516082

Изобретение относится к газовой отрасли промышленности, а именно к средствам для хранения и транспортирования горючих газов. Баллон состоит из цилиндрического корпуса с патрубком, заполненного пористой пропитанной ацетоном массой.

Способ аккумулирования водорода // 2515971

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода, заключающемуся в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды.

Способ получения, хранения и разложения гидратов природного газа // 2505740

Изобретение относится к способам получения и хранения природного газа в виде газовых гидратов (ГПГ). Способ включает предварительное заполнение судна водоледяной смесью.

Зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний) // 2505739

Изобретение относится к зарядным устройствам аккумуляторов водорода и может быть использовано для зарядки указанных аккумуляторов водородом. Зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний), выполнено из стабилизированного источника электрического тока (1), проводов (2), электролизера (3) и аккумуляторов (4) водорода на основе гидрида алюминия (титана или магния) (5), при этом в электролизере (3) расположен электролит (6) из угольной кислоты H2CO3 в дистиллированной воде, который полностью покрывает два стоящих отдельно друг от друга аккумулятора (4) без внешних корпусов со свободным проникновением электролита (6) в структуру аккумулятора (4) из гидрида металла (5), причем один аккумулятор (4) подсоединен к катоду (7), а второй аккумулятор (8) - к аноду (9), причем на крышке (10) зарядного устройства расположена вертикальная труба (11) с клапаном сброса (12) излишнего давления, создаваемого продуктами электролиза.

Устройства и способы хранения и/или фильтрования вещества // 2499949

Предложены устройства, системы и способы введения и/или выведения вещества в сорбционную среду и из сорбционной среды. Вещество имеется на крае сорбционной среды, которая включает параллельные слои сорбционного материала.

Аккумулятор водорода // 2498151

Изобретение относится к водородной энергетике, а именно к аккумуляторам водорода, применяющимся в различных отраслях промышленности и техники. Аккумулятор водорода состоит из бака, погруженного в сосуд Дьюара, и устройства для закачки и выпуска водорода.

Металлогидридный аккумулятор для хранения водорода // 2450203

Устройство и картридж для хранения сжатого газообразного водорода // 2440290

Изобретение относится к устройству и картриджу для хранения сжатого газообразного водорода. .

Способы хранения и транспортировки природного газа в жидких растворителях // 2589591

Изобретение относится к системам и способам создания и хранения жидкофазной смеси природного газа, абсорбированного в легкоуглеводородных растворителях при температуре и давлении, которые способствуют улучшению объемных отношений сохраняемого природного газа по сравнению с CNG и PLNG при таких же температуре и давлении от менее 80° до около -120°F (от -62,2°С до -84,4°С) и от около 300 psig до около 900 psig (2,07-6,2 МПа, манометрических). Предпочтительные растворители включают этан, пропан и бутан и растворители на основе природного газоконденсата (NGL) и сжиженного нефтяного газа (LPG). Системы и способы для принятия (11, 13) сырьевого промыслового или полукондиционированного природного газа, кондиционированного газа, получения (14) жидкофазной смеси природного газа, абсорбированного в легкоуглеводородном растворителе, и транспортировки (16) смеси на рынок сбыта, где сетевой газ и продукты фракционирования поставляются путем, расходующим меньше энергии, чем CNG-, PLNG- или LNG-системы, с лучшим соотношением «масса груза к массе контейнера» для компонента природного газа, чем CNG-системы. 13 н. и 35 з.п. ф-лы, 25 ил., 3 табл.

Способ аккумулирования водорода // 2604228

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в системах транспорта и водородных технологий. Нагретый поток, содержащий водяной пар и низшие алканы, имеющие от одного до четырех атомов углерода, пропускают через адиабатический реактор, заполненный насадкой катализатора. Затем из нагретого потока водород выводят путем диффузии через герметичную металлическую стенку в капсулу, в которой проводят поглощение водорода реакционным газом. Обеспечивается снижение расхода энергоресурсов, уменьшение затрат на прокачку и потери, связанные с выбросом избыточного тепла в атмосферу, снижение затрат на получение и аккумулирование водорода. 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 2 пр.

Аккумулятор для хранения водорода в связанном состоянии и картридж для аккумулятора // 2606301

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках. В основу конструкции аккумулятора водорода положена концепция модульного выполнения накопителя водорода в виде системы легко заменяемых в процессе эксплуатации картриджей, содержащих водород в связанном состоянии в водородонасыщенном пленочном покрытии, нанесенном на металлическую фольговую ленту, которая может быть свернута затем в спираль или другую форму с геометрией, обеспечивающей высокую степень компактирования. Для фиксации картриджей используется система теплообменных элементов с геометрией пчелиных сот, а устройство для выделения водорода аккумулятора имеет систему игл/ножей для разгерметизации заряженных (наводороженных) картриджей после их первоначальной загрузки в аккумулятор. Для получения возможности использования режимов термодесорбции водорода с малой инерционностью в качестве материала фольги выбираются металлы или сплавы с высоким омическим сопротивлением, концы фольги соединены с электрическими контактами на металлическом торце картриджа, соединяемыми с регулируемым источником напряжения. Малоинерционная термодесорбция водорода осуществляется омическим нагревом фольги с высоким сопротивлением, что предоставляет новые возможности для программирования параметров выделения водорода. Техническим результатом использования изобретения являются устранение взрывоопасности в аварийных ситуациях, повышение объемной плотности водорода в накопителе и улучшение его эксплуатационно-технических характеристик, в том числе минимизация времени переходных режимов выделения водорода до 0,1 с, а также уровня давления в накопителе при поставке водорода потребителю. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ хранения природного газа при помощи адсорбции в промышленных газовых баллонах // 2616140

Изобретение относится к способу хранения природного газа метана при помощи адсорбции в общепромышленных газовых баллонах, в микропористом материале с эффективной шириной пор меньше 3 нм, высокой насыпной плотности, формованного в блоки в виде специальных шестигранных призм, у которых диаметр описанной окружности основания не менее чем на 15% меньше, чем отверстие в горловине баллона, упакованных таким образом, что внутренний объем баллона заполняется адсорбционным материалом не менее чем на 95%, может быть использовано в системах хранения, распределения и транспортировки газового топлива. Технический результат заключается в повышении количества газового топлива, запасаемого в баллоне, и снижении пожаровзрывоопасности системы хранения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Адсорбционный газовый терминал // 2648387

Изобретение относится к конструкции системы хранения и транспортировки природного газа в адсорбированном виде. Адсорбционный газовый терминал состоит из корпуса, выполненного в форме параллелепипеда, и расположенной внутри него конструкции из чередующихся ячеек, способных нести нагрузку, ориентированной относительно одной из главных осей симметрии корпуса в продольном направлении. Внутри ячеек расположены блоки адсорбционного материала, обеспечивающие заполнение адсорбционного газового терминала не менее чем на 80%. Технический результат заключается в повышении эффективности использования полезного объема транспортных систем при размещении в них газового терминала, снижении давления заправки природным газом по сравнению с компримированным природным газом, а также повышении пожаро-взрывобезопасности. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.