Способ аккумулирования водорода в ламельных электродах


 


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%.

 

Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности.

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.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

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.

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

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

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.

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.

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.

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

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

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.
Наверх