СПОСОБ АККУМУЛИРОВАНИЯ ВОДОРОДА В ЛАМЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДАХ Российский патент 2016 года по МПК F17C11/00 

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.

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%.

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.