RU2285859C1 - Tank for storing and accumulating hydrogen - Google Patents

Tank for storing and accumulating hydrogen Download PDF

Info

Publication number
RU2285859C1
RU2285859C1 RU2005108646/06A RU2005108646A RU2285859C1 RU 2285859 C1 RU2285859 C1 RU 2285859C1 RU 2005108646/06 A RU2005108646/06 A RU 2005108646/06A RU 2005108646 A RU2005108646 A RU 2005108646A RU 2285859 C1 RU2285859 C1 RU 2285859C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
filler
tank
battery
proton
Prior art date
Application number
RU2005108646/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Федорович Чабак (RU)
Александр Федорович Чабак
Original Assignee
Александр Федорович Чабак
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Федорович Чабак filed Critical Александр Федорович Чабак
Priority to RU2005108646/06A priority Critical patent/RU2285859C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285859C1 publication Critical patent/RU2285859C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Abstract

FIELD: hydrogen power engineering.
SUBSTANCE: tank comprises pressure-tight housing, branch pipes, heater, and filler-accumulator of hydrogen mounted inside the housing. The tank is separated with the baffle made of proton-conducting material into anode space filled with water and provided with porous anode and cathode space that receives the solid cathode and heater and is filled with the filler-accumulator of hydrogen made of microporous high-strength material. The microporous material is made of hollow microspheres.
EFFECT: enhanced safety and capacity.
6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of hydrogen energy - the accumulation and storage of hydrogen, which is currently used in chemical, transport engineering and other industries.

Известны устройства для аккумулирования и хранения водорода, основанные на связывании водорода в твердом материале (например, в гидридах металлов или сорбция на поверхности дисперсных наноматериалов), (патенты РФ №2037737, 2038525, МПК F 17 С 5/04), эти устройства для аккумулирования и хранения водорода являются наиболее взрывобезопасными из существующих, т.к. водород не имеет избыточного давления, но такие системы инерционны и требуют определенное время (порядка несколько минут) для начала работы, поглощение и выделение водорода происходит со значительными тепловыми эффектами, кроме того, массовое содержание водорода - отношение веса водорода содержащегося в аккумуляторе к весу самого аккумулятора - 4,5% - является очень низким. Массовое содержание зависит как от количества водорода в аккумулирующем материале, так и от удельного веса аккумулирующего материала.Known devices for the accumulation and storage of hydrogen, based on the binding of hydrogen in a solid material (for example, metal hydrides or sorption on the surface of dispersed nanomaterials), (RF patents No. 2037737, 2038525, IPC F 17 C 5/04), these devices for accumulation and hydrogen storage are the most explosion-proof of the existing ones, as hydrogen does not have excess pressure, but such systems are inertial and require a certain time (of the order of several minutes) to start operation, the absorption and evolution of hydrogen occurs with significant thermal effects, in addition, the mass content of hydrogen is the ratio of the weight of hydrogen in the battery to the weight of the battery itself - 4.5% - is very low. The mass content depends both on the amount of hydrogen in the storage material and on the specific gravity of the storage material.

Известна емкость для хранения водорода (патент №2222749, МПК F 17 C 5/04), представляющая собой герметичный кожух с внутренним сосудом для хранения сжиженного водорода, при этом система газозаполнения выполнена так, что позволяет сократить потери водорода, снизить время заправки емкости. Эта емкость предназначена для водородного автомобиля (Шварц А. Автомобиль будущего. Ж. Вестник, №10 (347), стр.1-5, 12.05.2004), она выполнена из прочных композитных относительно легких материалов. Последняя модификация имеет объем 90 литров, массу 40 кг, давление водорода 400 атм. Оценки показывают, что в этом случае в емкости может быть запасено 3,2 кг водорода, следовательно, массовое содержание водорода равно 3,2/40×100%=8%. Недостатками емкости является взрывоопасность и низкое содержание водорода на единицу объема, до 400 л водорода на 1 литр, потери газа из емкости.Known capacity for storing hydrogen (patent No. 2222749, IPC F 17 C 5/04), which is a sealed casing with an inner vessel for storing liquefied hydrogen, while the gas filling system is designed to reduce hydrogen loss, reduce the time of filling the tank. This tank is designed for a hydrogen automobile (Schwartz A. Automobile of the future. J. Herald, No. 10 (347), pp. 1-5, 05/12/2004), it is made of durable composite relatively light materials. The last modification has a volume of 90 liters, a mass of 40 kg, a hydrogen pressure of 400 atm. Estimates show that in this case 3.2 kg of hydrogen can be stored in the tank, therefore, the mass content of hydrogen is 3.2 / 40 × 100% = 8%. The disadvantages of the tank are explosiveness and low hydrogen content per unit volume, up to 400 liters of hydrogen per liter, gas loss from the tank.

Известно, что можно хранить водород в полых микросферах, выполненных из стекла диаметром 5-200 мкм с толщиной стенки 0,5-5 мкм (Малышенко С.П., Назарова О.В. Аккумулирование водорода. В сборнике статей. «Атомно-водородная энергетика и технология», вып.8, стр.155-205, 1988). При температуре 200-400°С под давлением водород, активно диффундируя через стенки, заполняет микросферы и после охлаждения остается в них под давлением. Так при давлении водорода в 500 атмосфер и нагреве микросфер до указанных температур было получено массовое содержание водорода в микросферах 5,5-6,0%. При более низком давлении массовое содержание водорода в микросферах будет снижаться. При нагревании до 200°С выделяется около 55% запасенного в микросферах водорода и около 75% при нагревании до 250°С. При хранении водорода в стеклянных микросферах потери диффузией через стенки составляют около 0,5% в сутки. В случае покрытия микросфер металлическими пленками диффузионные потери водорода при комнатной температуре снижаются в 10-100 раз. Существенным недостатком является то, что зарядка аккумулятора с микросферами осуществляется при относительно невысоких давлениях водорода, так как предел прочности стекла при растяжении имеет низкие значения и находится в пределах до 20 кг/мм2. Это не позволяет обеспечить массовое содержания водорода в микросферах, существенно превышающее 6 вес.%.It is known that hydrogen can be stored in hollow microspheres made of glass with a diameter of 5-200 μm with a wall thickness of 0.5-5 μm (Malyshenko S.P., Nazarova O.V. Accumulation of hydrogen. In the collection of articles. "Atomic-hydrogen energy and technology ”, issue 8, pp. 155-205, 1988). At a temperature of 200-400 ° C under pressure, hydrogen, actively diffusing through the walls, fills the microspheres and after cooling remains in them under pressure. So, at a hydrogen pressure of 500 atmospheres and heating the microspheres to the indicated temperatures, a mass content of hydrogen in the microspheres of 5.5-6.0% was obtained. At lower pressures, the mass content of hydrogen in the microspheres will decrease. When heated to 200 ° C, about 55% of the hydrogen stored in the microspheres is released and about 75% when heated to 250 ° C. When storing hydrogen in glass microspheres, the diffusion loss through the walls is about 0.5% per day. In the case of coating microspheres with metal films, the diffusion losses of hydrogen at room temperature are reduced by 10-100 times. A significant drawback is that the charging of the battery with microspheres is carried out at relatively low hydrogen pressures, since the tensile strength of the glass has low values and is in the range up to 20 kg / mm 2 . This does not allow to provide a mass content of hydrogen in microspheres significantly exceeding 6 wt.%.

Известна емкость для хранения и аккумулирования водорода, состоящая из герметичного корпуса, технологических патрубков, внутренней теплообменной поверхности и наполнителя-аккумулятора водорода, представляющего собой порошок интерметаллида (патент РФ №2037737, МПК F 17 С 5/04 - прототип). Недостатком изобретения является то, что поглощение и выделение водорода происходит со значительными тепловыми эффектами, кроме того, массовое содержание водорода - отношение веса водорода, содержащегося в емкости, к весу самой емкости - 4,5% - является очень низким.Known capacity for storing and accumulating hydrogen, consisting of a sealed enclosure, process pipes, an internal heat exchange surface and a hydrogen filler-accumulator, which is an intermetallic powder (RF patent No. 2037737, IPC F 17 C 5/04 - prototype). The disadvantage of the invention is that the absorption and evolution of hydrogen occurs with significant thermal effects, in addition, the mass content of hydrogen - the ratio of the weight of hydrogen contained in the tank to the weight of the tank itself - 4.5% - is very low.

Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является создание емкости для безопасного хранения и аккумулирования водорода, обеспечивающей увеличение массового содержания водорода выше 6%.The technical result, which the invention is directed to, is the creation of a container for the safe storage and storage of hydrogen, providing an increase in the mass content of hydrogen above 6%.

Для этого предложена емкость для хранения и аккумулирования водорода, состоящая из герметичного корпуса, технологических патрубков, нагревателя и наполнителя-аккумулятора водорода, размещенного в корпусе, при этом емкость разделена перегородкой из протонопроводящеего материала на анодную полость, заполненную водой, с расположенным в ней пористым анодом, и катодную полость с расположенными в ней сплошным катодом и нагревателем и заполненную наполнителем-аккумулятором водорода, выполненным из материала с пределом прочности выше 30 кг/мм2 и имеющим микропористую структуру.For this purpose, a container for storing and storing hydrogen is proposed, consisting of a sealed housing, process pipes, a heater and a hydrogen storage filler-battery located in the housing, while the tank is divided by a proton-conducting material partition into an anode cavity filled with water with a porous anode located in it and a cathode cavity with a continuous cathode and heater located in it and filled with a hydrogen storage filler-accumulator made of a material with a tensile strength above 30 kg / m m 2 and having a microporous structure.

При этом перегородка выполнена в виде протонопроводящей мембраны.In this case, the partition is made in the form of a proton conducting membrane.

При этом микропористая структура выполнена из полых микросфер.In this case, the microporous structure is made of hollow microspheres.

Кроме того, микропористая структура выполнена из полимеров группы арамидов. Также микропористая структура может быть выполнена из пенометалла, например пеноникеля, пенотитана.In addition, the microporous structure is made of polymers of the aramid group. Also, the microporous structure can be made of foam metal, for example foam nickel, foam titanium.

Кроме того, микропористая структура выполнена из материала с протонопроводящими свойствами.In addition, the microporous structure is made of a material with proton-conducting properties.

Содержание водорода в микропористой структуре определяется прежде всего прочностными характеристиками материала этой структуры. Для микропористых структур для емкостей для хранения и аккумулирования водорода подходят высокопрочные материалы с пределом прочности σвр выше 30 кг/мм2. От прочностных характеристик зависит, какое максимальное давление водорода можно создать при фиксированном размере пор, так как одинаковое давление водорода создает большие напряжения в порах больших размеров и соответственно меньшее напряжение в малых порах. Увеличивая объем пор (а следовательно, и их размер), получаем большее содержание водорода в единице объема микропористой структуры, но увеличение размера пор ограничено величиной предельных напряжение, которые создаются давлением водорода в этих порах. В результате для каждого материала предельный максимальный размер пор определяется прочностными характеристиками материала микропористой структуры. Помимо этого материал микропористой структуры должен иметь существенно различные характеристики по проницаемости водорода при различных условиях, например при изменении температуры, при воздействии ультразвука, токов высокой частоты, при наложении постоянного или переменного напряжения и т.п. Характер воздействия и его величина определяются требованиями скорости поглощения водорода микропористой структурой и/или скорости выхода водорода из нее.The hydrogen content in the microporous structure is determined primarily by the strength characteristics of the material of this structure. For microporous structures for hydrogen storage and storage containers, high-strength materials with a tensile strength σ bp above 30 kg / mm 2 are suitable. Depending on the strength characteristics, what maximum hydrogen pressure can be created with a fixed pore size, since the same hydrogen pressure creates large stresses in large pores and, accordingly, lower voltage in small pores. By increasing the pore volume (and therefore their size), we obtain a higher hydrogen content per unit volume of the microporous structure, but the increase in pore size is limited by the magnitude of the ultimate stresses created by the hydrogen pressure in these pores. As a result, for each material, the maximum maximum pore size is determined by the strength characteristics of the microporous material. In addition, the microporous material should have significantly different hydrogen permeability characteristics under various conditions, for example, when the temperature changes, when exposed to ultrasound, high-frequency currents, when applying direct or alternating voltage, etc. The nature of the impact and its magnitude are determined by the requirements of the rate of hydrogen absorption by the microporous structure and / or the rate of hydrogen exit from it.

Наиболее простой и реально созданной микропористой структурой является структура, созданная из полых микросфер, прежде всего металлов или их сплавов, а также микропористая структура из пеноникеля, пенотитана, других пенометаллов и из полимерных материалов.The simplest and actually created microporous structure is a structure created from hollow microspheres, primarily metals or their alloys, as well as a microporous structure from foam nickel, foam titanium, other foam metals and polymeric materials.

Микропористая структура из полых микросфер, например из стали, формируется в единую жесткую структуру. Это может быть сделано диффузионной сваркой. При этом все свободное пространство как внутри микросфер, так и между ними будет заполнено водородом.The microporous structure of hollow microspheres, for example of steel, is formed into a single rigid structure. This can be done by diffusion welding. Moreover, all the free space both inside the microspheres and between them will be filled with hydrogen.

Исключительный интерес для создания пористой микроструктуры представляют материалы, имеющие высокие прочностные характеристики и низкий удельный вес, это прежде всего композитные углеродные и полимерные материалы. Так, полимеры, изготовленные на основе поли-п-фенилентерефталамида и других аналогичных полимеров ароматического ряда (арамидов), имеют удельный вес в 5,5 раз меньше стали, а прочностные характеристики в 2,5-3,5 раза выше. Для высокопрочных сталей предел прочности σвр=160-220 кг/мм2, для арамидов прочность при растяжении до 550 кг/мм2 (табл.1).Of exceptional interest in creating a porous microstructure are materials having high strength characteristics and low specific gravity, these are, first of all, composite carbon and polymer materials. Thus, polymers based on poly-p-phenylene terephthalamide and other similar aromatic polymers (aramids) have a specific gravity of 5.5 times less than steel, and strength characteristics are 2.5-3.5 times higher. For high strength steels of a tensile strength σ Bp = 160-220 kg / mm 2, for aramids tensile strength to 550 kg / mm 2 (Table 1).

Таблица 1Table 1 Марка материала (страна)Material grade (country) Плотность, кг/м3 Density, kg / m 3 Прочность при растяжении, кг/мм2 Tensile strength, kg / mm 2 Армос (Россия)Armos (Russia) 14501450 500-550500-550 СВМ (Россия)SVM (Russia) 14301430 380-420380-420 Терлон (Россия)Thurlon (Russia) 14501450 310310 Кевлар-29 (США)Kevlar 29 (USA) 14401440 292292 Кевлар-129 (США)Kevlar 129 (USA) 14401440 320320 Тварон (Голландия)Twaron (Holland) 14401440 280280 Технора (Япония)Technora (Japan) 13901390 300-340300-340

На фиг.1 представлена принципиальная схема емкости для хранения и аккумулирования водорода, где 1 - корпус емкости, 2 - пористый электрод - анод, выполненный из проводника 1-го рода, 3 - патрубок подвода воды к анодной полости, 4 - патрубок отвода кислорода из анодной полости, 5 - перегородка из протонопроводящего материала (мембрана), 6 - микропористая структура - аккумулятор водорода, 7 - сплошной электрод - катод, выполненный из проводника 1-го рода, 8 - патрубок отвода водорода из емкости к двигателю (потребителю), 9 - нагреватель.Figure 1 shows a schematic diagram of a container for storing and storing hydrogen, where 1 is the container body, 2 is a porous electrode anode made of a first-kind conductor, 3 is a pipe for supplying water to the anode cavity, 4 is a pipe for oxygen removal from anode cavity, 5 - a partition made of proton-conducting material (membrane), 6 - microporous structure - a hydrogen accumulator, 7 - a solid electrode - a cathode made of a conductor of the first kind, 8 - a pipe for removing hydrogen from the tank to the engine (consumer), 9 - heater.

На фиг.2 представлена микропористая структура из микросфер, где 10 - микросфера.Figure 2 presents the microporous structure of microspheres, where 10 is a microsphere.

На фиг.3 представлена микропористая структура из полимерного материала - армоса, где 11 - волокна, 12 - поры.Figure 3 presents the microporous structure of a polymeric material - Armos, where 11 are fibers, 12 are pores.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Герметичный корпус 1 емкости разделен перегородкой 5 на две полости. Анодная полость заполняется водой через патрубок 3. Вода поступает в пористый анод 2. На границе пористого анода, выполненного, например, из пористого титана и протонопроводящей мембраны 5, которая может быть выполнена из керамического, полимерного или другого материала, протекает реакция окисления воды:The sealed container body 1 is divided by a partition 5 into two cavities. The anode cavity is filled with water through the nozzle 3. Water enters the porous anode 2. At the boundary of the porous anode made, for example, of porous titanium and proton-conducting membrane 5, which can be made of ceramic, polymer or other material, the water oxidation reaction proceeds:

2O+2е-2+4H+.2H 2 O + 2e - = O 2 + 4H + .

Кислород через поры анода выделяется в объем воды и через патрубок отвода кислорода 4 удаляется. Ионы водорода (протоны) по протонопроводящей мембране 5 движутся к катоду 7, где восстанавливаются до водорода. Водород не проходит через сплошной металлический катод 7 и насыщает микропористую структуру 6. Катод и протонопроводящая мембрана образуют катодную полость, заполненную пористой микроструктурой 6. Из этого замкнутого объема водород при нагревании нагревателем 9 через патрубок 8 направляется потребителю, например, на систему подачи водорода в двигатель внутреннего сгорания либо на топливные элементы. Для ускорения насыщения водородом микропористая структура может иметь протонопроводящие свойства. Количество водорода в пористой структуре определяется по величие тока зарядки и времени зарядки.Oxygen is released through the pores of the anode into the volume of water and is removed through the oxygen outlet 4. Hydrogen ions (protons) along the proton conducting membrane 5 move to the cathode 7, where they are reduced to hydrogen. Hydrogen does not pass through the solid metal cathode 7 and saturates the microporous structure 6. The cathode and proton conducting membrane form a cathode cavity filled with a porous microstructure 6. From this closed volume, when heated by the heater 9, it is directed through the pipe 8 to the consumer, for example, to the hydrogen supply system to the engine internal combustion or fuel cells. To accelerate hydrogen saturation, the microporous structure can have proton-conducting properties. The amount of hydrogen in the porous structure is determined by the magnitude of the charging current and charging time.

Сравним характеристики емкости для хранения и аккумулирования водорода с микропористой структурой из полых микросфер 10 (см. фиг.2) из стали и армоса (см. фиг.3), где 11 - волокна материала. При образовании пор 12 форма их может быть самой разнообразной от капилляров до сфер. Рассмотрим вариант сферических пор.Compare the characteristics of the tank for storing and accumulating hydrogen with a microporous structure of hollow microspheres 10 (see figure 2) made of steel and Armos (see figure 3), where 11 are the fibers of the material. With the formation of pores 12, their shape can be very diverse from capillaries to spheres. Consider the option of spherical pores.

В таблице 2 представлено сравнение характеристик микропористых структур, выполненных из микросфер стали и микропористой структуры с таким же размером пор, выполненной из армоса. В таблицах - σφ - тангенциальное напряжение на оболочке микросферы, кг/мм2, σR - радиальное напряжение на оболочке микросферы, кг/мм2. Удельный вес стали - 8 кг/л. Удельный вес армоса - 1,45 кг/л.Table 2 presents a comparison of the characteristics of microporous structures made of steel microspheres and a microporous structure with the same pore size made of Armos. In the tables, σφ is the tangential stress on the shell of the microsphere, kg / mm 2 , σ R is the radial stress on the shell of the microsphere, kg / mm 2 . The specific gravity of steel is 8 kg / l. The specific gravity of the armos is 1.45 kg / l.

Таблица 2table 2 Давление насыщения водородом, атиHydrogen saturation pressure, ati Отношение веса Н2 к весу микроструктуры, вес.%The ratio of the weight of N 2 to the weight of the microstructure, wt.% Содержание водорода в микроструктуре, л/л (г Н2/л)The hydrogen content in the microstructure, l / l (g N 2 / l) σφ-σR, кг/мм2 σφ-σ R , kg / mm 2 1one 22 4four 55 Микроструктура с микросферами диаметром 200 мкм, толщина оболочки 1 мкм. Вес оболочки на литр объема микроструктуры: из стали - 124,3 г/л, из армоса - 22,53 г/л. Объем пор 0,98 л/лMicrostructure with microspheres with a diameter of 200 microns, shell thickness of 1 micron. Shell weight per liter of microstructure volume: steel - 124.3 g / l, Armos - 22.53 g / l. Pore volume 0.98 L / L 200200 14,114.1 78,178.1 196,8 (17,6)196.8 (17.6) 100,5100.5 300300 21,221,2 117,2117.2 295,3 (26,4)295.3 (26.4) 150,75150.75 400400 28,328.3 156,2156.2 393,8 (35,2)393.8 (35.2) 201,0201.0 10001000 70,770.7 390,1390.1 984,4 (87,9)984.4 (87.9) 502,5502.5

Микроструктура из микросфер с диаметром 100 мкм, толщиной оболочки 1 мкм. Вес оболочки на литр объема микроструктуры: из стали - 246,2 г/л, из армоса - 44,6 г/л. Объем пор - 0,97 л/лThe microstructure of microspheres with a diameter of 100 μm, a shell thickness of 1 μm. Shell weight per liter of microstructure volume: from steel - 246.2 g / l, from armos - 44.6 g / l. Pore volume - 0.97 L / L 400400 14,014.0 77,677.6 387,7 (34,6)387.7 (34.6) 101,0101.0 800800 28,128.1 155,2155.2 775,5 (69,2)775.5 (69.2) 202,0202.0 10001000 35,135.1 193,9193.9 969,2 (86,5)969.2 (86.5) 252,5252.5 20002000 70,370.3 388,1388.1 1938,5 (173,1)1938.5 (173.1) 505,0505.0 Микроструктура из микросфер с диаметром 10 мкм, толщиной оболочки 1 мкм. Вес оболочки на литр объема микроструктуры: из стали - 1134,9 г/л, из армоса - 205,7 г/л. Объем пор - 0,86 л/лThe microstructure of microspheres with a diameter of 10 μm, a shell thickness of 1 μm. Shell weight per liter of microstructure volume: from steel - 1134.9 g / l, from armos - 205.7 g / l. Pore volume - 0.86 l / l 10001000 6,76.7 171,7171.7 858,1 (76,6)858.1 (76.6) 27,527.5 1000010,000 67,567.5 372,5372.5 8581,35 (766,2)8581.35 (766.2) 275,0275.0 2000020000 135,0135.0 744,9744.9 17162,7 (1532,4)17162.7 (1532.4) 550,0550.0 Микроструктура из микросфер с диаметром 3 мкм, толщиной оболочки 1 мкм. Вес оболочки на литр объема микроструктуры: из стали - 3992 г/л, из армоса - 723,6 г/л. Объем пор - 0,50 л/лThe microstructure of microspheres with a diameter of 3 μm, a shell thickness of 1 μm. The weight of the shell per liter of the volume of the microstructure: from steel - 3992 g / l, from Armos - 723.6 g / l. Pore volume - 0.50 l / l 1000010,000 11,211.2 61,861.8 5010,0 (447,0)5010.0 (447.0) 100,0100.0

Как видно из таблицы 2, для одинаковых микропористых структур с микропорами диаметром 200 мкм массовое содержание водорода в микроструктуре достигается для лучших сталей 28,3 вес.%, а для армоса 390 вес.%.As can be seen from table 2, for identical microporous structures with micropores with a diameter of 200 μm, the mass content of hydrogen in the microstructure is achieved for the best steels 28.3 wt.%, And for Armos 390 wt.%.

Пример 1. Емкость для хранения водорода разделена высокотемпературной (до 300°С) протонопроводящей керамической мембраной на две полости. Катодная полость объемом 0,028 литра заполнена микропористой структурой из полых микросфер из высокопрочной стали с диаметром микросфер 200 и 80 мкм, толщиной оболочки 1 мкм. Микросферы связаны в жесткую насадку диффузионной сваркой. Вес 0,028 л микропористой структуры - 3,5 г. Анод из пористого титана омывается водой. Зарядка микропористой структуры проводилась при плотности тока 1 А/см2. За 20 минут через поверхность протонопроводящей мембраны прошло в объем микропористой структуры 7,2 литра водорода. При зарядке температура микропористой структуры поддерживалась специальным нагревателем на уровне 280°С. Массовое содержание водорода составило 18,4 вес.%.Example 1. A hydrogen storage tank is divided into two cavities by a high-temperature (up to 300 ° C) proton-conducting ceramic membrane. The cathode cavity with a volume of 0.028 liters is filled with a microporous structure of hollow microspheres made of high strength steel with a microsphere diameter of 200 and 80 μm, and a shell thickness of 1 μm. Microspheres are connected in a rigid nozzle by diffusion welding. The weight of 0.028 l of microporous structure is 3.5 g. An anode of porous titanium is washed with water. The microporous structure was charged at a current density of 1 A / cm 2 . In 20 minutes, 7.2 liters of hydrogen passed into the microporous structure through the surface of the proton conducting membrane. When charging, the temperature of the microporous structure was maintained by a special heater at 280 ° C. The mass content of hydrogen was 18.4 wt.%.

Пример 2. В это же устройство была загружена микропористая структура на основе полимера - армоса, представляющая собой волокна полимера с размерами пор ~200 мкм. Зарядка микропористой структуры водородом так же проводилась в течение 20 минут. Протонопроводящая полимерная мембрана - МФ-4СК. Микропористая структура поглотила 7,2 литра водорода. Вес пористой структуры составлял 0,64 г. Массовое содержание водорода в микроструктуре - 101%.Example 2. In the same device was loaded microporous structure based on a polymer - Armos, which is a polymer fiber with pore sizes of ~ 200 μm. Charging the microporous structure with hydrogen was also carried out for 20 minutes. Proton conducting polymer membrane - MF-4SK. The microporous structure absorbed 7.2 liters of hydrogen. The weight of the porous structure was 0.64 g. The mass content of hydrogen in the microstructure is 101%.

Такие емкости для хранения и аккумулирования водорода имеют существенные преимущества перед теми, которые заправляются водородом при высоком давлении или с помощью криогенных технологий. Они не только безопасны, но имеют очень высокую степень насыщения водородом при сохранении малых габаритов. Они могут поставляться не только заправочными станциями или специальными пунктами поставки аккумуляторов, эти емкости смогут заряжать сами потребители (автомобилисты), для этого достаточно налить в полость с анодом чистую воду и подключить емкость к сети (источнику питания).Such containers for storing and storing hydrogen have significant advantages over those that are charged with hydrogen at high pressure or using cryogenic technologies. They are not only safe, but have a very high degree of hydrogen saturation while maintaining small dimensions. They can be supplied not only by gas stations or special points of battery supply; these containers can be charged by consumers themselves (motorists), for this it is enough to pour clean water into the cavity with the anode and connect the tank to the network (power source).

Claims (6)

1. Емкость для хранения водорода, состоящая из герметичного корпуса, технологических патрубков, нагревателя и наполнителя-аккумулятора водорода, размещенного в корпусе, отличающаяся тем, что емкость разделена перегородкой из протонопроводящего материала на анодную полость, заполненную водой, с расположенным в ней пористым анодом, и катодную полость с расположенными в ней сплошным катодом и нагревателем, и заполненную наполнителем-аккумулятором водорода, выполненным из материала с пределом прочности выше 30 кг/мм2 и имеющим микропористую структуру.1. A hydrogen storage tank, consisting of a sealed housing, process pipes, a heater and a hydrogen storage filler-battery located in the housing, characterized in that the tank is divided by a proton-conducting material partition into an anode cavity filled with water, with a porous anode located therein, and a cathode cavity with a solid cathode and heater located therein, and filled with a hydrogen filler-accumulator made of a material with a tensile strength above 30 kg / mm 2 and having a microporous th structure. 2. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель-аккумулятор выполнен из полых микросфер.2. The container according to claim 1, characterized in that the filler-battery is made of hollow microspheres. 3. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель-аккумулятор выполнен из полимеров группы арамидов.3. The container according to claim 1, characterized in that the filler-battery is made of polymers of the aramid group. 4. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель-аккумулятор выполнен из пенометалла, например пеноникеля, пенотитана.4. The container according to claim 1, characterized in that the filler-battery is made of foam metal, such as foam nickel, foam titanium. 5. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что перегородка выполнена в виде протонопроводящей мембраны.5. The container according to claim 1, characterized in that the septum is made in the form of a proton conducting membrane. 6. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель-аккумулятор выполнен из материала с протонопроводящими свойствами.6. The tank according to claim 1, characterized in that the filler-battery is made of a material with proton-conducting properties.
RU2005108646/06A 2005-03-29 2005-03-29 Tank for storing and accumulating hydrogen RU2285859C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108646/06A RU2285859C1 (en) 2005-03-29 2005-03-29 Tank for storing and accumulating hydrogen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108646/06A RU2285859C1 (en) 2005-03-29 2005-03-29 Tank for storing and accumulating hydrogen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2285859C1 true RU2285859C1 (en) 2006-10-20

Family

ID=37437947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005108646/06A RU2285859C1 (en) 2005-03-29 2005-03-29 Tank for storing and accumulating hydrogen

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285859C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7870878B2 (en) 2007-11-08 2011-01-18 C. En. Limited Apparatus for storage and liberation of compressed hydrogen gas in microcylindrical arrays and system for filling the microcylindrical arrays
RU2528775C1 (en) * 2013-03-01 2014-09-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Accumulation material for saturation with atomic substances and method for production thereof
CN112432048A (en) * 2020-11-13 2021-03-02 深圳中科微管科技有限公司 High-safety hydrogen storage container

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Малышенко С.П. и др. Аккумулирование водорода. Атомно-водородная энергетика и технология. Вып.8. 1988, с.155-205. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7870878B2 (en) 2007-11-08 2011-01-18 C. En. Limited Apparatus for storage and liberation of compressed hydrogen gas in microcylindrical arrays and system for filling the microcylindrical arrays
RU2528775C1 (en) * 2013-03-01 2014-09-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Accumulation material for saturation with atomic substances and method for production thereof
CN112432048A (en) * 2020-11-13 2021-03-02 深圳中科微管科技有限公司 High-safety hydrogen storage container

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sreedhar et al. A Bird's Eye view on process and engineering aspects of hydrogen storage
Modi et al. Room temperature metal hydrides for stationary and heat storage applications: a review
US7648567B2 (en) Tank and material for storage of hydrogen gas
JP2013505405A (en) Tanks for storing and removing hydrogen and / or heat
CA2406655A1 (en) Tank for the reversible storage of hydrogen
CN109931494A (en) Hydrogen-storing device for hydrogen storage
Jana et al. Design and performance prediction of a compact MmNi4. 6Al0. 4 based hydrogen storage system
RU2285859C1 (en) Tank for storing and accumulating hydrogen
RU2283454C1 (en) Hydrogen storage reservoir (versions)
FI90925B (en) Method and apparatus for the storage and production of electrical energy
Browning et al. An investigation of hydrogen storage methods for fuel cell operation with man-portable equipment
JP2004515720A (en) Method and apparatus for storing compressed gas
EP2047172A2 (en) High-pressure, fluid storage tank
RU2345273C1 (en) Capacity for storage of hydrogen
RU2283453C2 (en) Hydrogen storage reservoir and method of accumulation of hydrogen
CN106944614A (en) A kind of hydrogen storage alloy particle and preparation method thereof
RU2327078C2 (en) Hydrogen vessel
US7014952B2 (en) Hydrogen-storing carbonaceous material and method for producing the same, hydrogen-stored carbonaceous material and method for producing the same and battery and fuel cell using hydrogen-stored carbonaceous material
Salman et al. Solid-state hydrogen storage as a future renewable energy technology
RU2267694C1 (en) Container for storage of hydrogen
Godula‐Jopek Hydrogen storage options including constraints and challenges
CN112432048A (en) High-safety hydrogen storage container
CN112325149A (en) Microsphere hydrogen storage container and aggregation method
JP4261918B2 (en) Fuel cartridge for fuel cell and fuel cell
RU2376522C1 (en) Hydrogen accumulator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110330