RU2376522C1 - Hydrogen accumulator - Google Patents

Hydrogen accumulator Download PDF

Info

Publication number
RU2376522C1
RU2376522C1 RU2008134327/06A RU2008134327A RU2376522C1 RU 2376522 C1 RU2376522 C1 RU 2376522C1 RU 2008134327/06 A RU2008134327/06 A RU 2008134327/06A RU 2008134327 A RU2008134327 A RU 2008134327A RU 2376522 C1 RU2376522 C1 RU 2376522C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
microsphere
microspheres
metal hydride
wall
Prior art date
Application number
RU2008134327/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Федорович Чабак (RU)
Александр Федорович Чабак
Иван Прокопьевич Прокопьев (RU)
Иван Прокопьевич Прокопьев
Геннадий Николаевич Якунин (RU)
Геннадий Николаевич Якунин
Original Assignee
Александр Федорович Чабак
Иван Прокопьевич Прокопьев
Геннадий Николаевич Якунин
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, Иван Прокопьевич Прокопьев, Геннадий Николаевич Якунин filed Critical Александр Федорович Чабак
Priority to RU2008134327/06A priority Critical patent/RU2376522C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2376522C1 publication Critical patent/RU2376522C1/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

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

FIELD: machine building, distribution of liquids and gases.
SUBSTANCE: invention relates to field of hydrogenous energetics and can be used for storing, transportation and distribution (feeding) of hydrogen in fuel elements and other electric power installations. In hydrogen accumulator, containing hollow microspheres and alloy, forming with hydrogen the metal hydride, inner cavity of microsphere is implemented as free. Metal alloy is applied on external surface of microsphere. Wall of microsphere is implemented as permeable for hydrogen at room temperature.
EFFECT: providing simultaneously of high weight and high volume content of hydrogen, allowing high-speed control properties at filling of accumulator and at its discharge (feeding to consumer), and safety keeping and transportation of hydrogen.
2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.The invention relates to the field of hydrogen energy and can be used for storage, transportation and distribution (supply) of hydrogen in fuel cells and other power plants.

Одной из основных проблем, сдерживающих развитие водородной энергетики, является отсутствие надежных, безопасных и энергоемких устройств для хранения и транспортировки водорода.One of the main problems hindering the development of hydrogen energy is the lack of reliable, safe and energy-intensive devices for storing and transporting hydrogen.

Известны аккумуляторы водорода, выполненные в виде полых микросфер, преимущественно из стекла, во внутреннюю полость которых под давлением и при повышенной температуре порядка 400°С закачивают водород, а для последующего извлечения водорода микросферы подвергают нагреву опять же до 400°С, и водород из внутренней полости через капилляры в стенке поступает в пространство между микросферами и далее к потребителю (См. Международная заявка WO 2008/019414, классификация отсутствует, опубл. 21.02.2008 г.).Hydrogen accumulators are known which are made in the form of hollow microspheres, mainly made of glass, into the internal cavity of which hydrogen is pumped under pressure and at an elevated temperature of about 400 ° C, and for subsequent hydrogen extraction, the microspheres are again heated to 400 ° C, and hydrogen from the internal the cavity through the capillaries in the wall enters the space between the microspheres and further to the consumer (See International Application WO 2008/019414, no classification, publ. 02.21.2008).

Недостатком аккумуляторов данного типа является недостаточное объемное содержание водорода и сложность управления процессом извлечения водорода из внутренней полости, т.к. требуется нагрев микросфер до температуры 400°С для увеличения проницаемости стенки, сложность регулирования нагрева для получения заданного количества водорода, длительное время для создания требуемого потока водорода.The disadvantage of this type of battery is the insufficient volumetric content of hydrogen and the complexity of controlling the process of extracting hydrogen from the internal cavity, because it is necessary to heat microspheres to a temperature of 400 ° C to increase the permeability of the wall, the difficulty of regulating heating to obtain a given amount of hydrogen, a long time to create the required hydrogen flow.

Другим направлением в данной области является использование металлов, образующих с водородом гидриды металлов (металлогидриды). Гидриды металлов обычно располагают на подложках, в качестве которых используют различные микрочастицы.Another area in this area is the use of metals that form metal hydrides (metal hydrides) with hydrogen. Metal hydrides are usually placed on substrates, which use various microparticles.

Использование металлогидридов позволяет достичь объемное содержание водорода до 13%, т.е. 13 кг водорода на 100 литров металлогидрида. Но весовое содержание водорода при использовании металлогидридов очень низкое, что ограничивает их использование как аккумуляторов водорода. (См. п. США №7279222, B22F 1/00, С01В 3/00, опубл. 28.10.2004 г.)The use of metal hydrides makes it possible to achieve a volumetric hydrogen content of up to 13%, i.e. 13 kg of hydrogen per 100 liters of metal hydride. But the weight content of hydrogen when using metal hydrides is very low, which limits their use as hydrogen accumulators. (See p. USA No. 7279222, B22F 1/00, С01В 3/00, published on October 28, 2004)

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является аккумулятор водорода, содержащий полые микросферы, внутренние полости которых содержат зерна металлогидрида, например палладия. Для введения раствора соли палладия и проникновения водорода во внутреннюю полость в стенке микросферы выполнены поры размером от 10 до 1000 Ангстрем, плотность микросферы составляет от 1 до 2 кг/см3. Водород аккумулируется и хранится в металлогидриде (палладии), расположенном во внутренней полости микросферы и извлекается из зерен металлогидрида за счет нагрева микросферы и прохождения через поры в стенке. Поры служат, в первую очередь, для проникновения раствора соли палладия во внутреннюю полость микросферы и последующего осаждения палладия в виде зерен (См. Международная заявка WO 2007/050362, опубл. 03.05.2007 г., МКИ С03С 11/00).The closest in technical essence to the claimed invention is a hydrogen accumulator containing hollow microspheres, the internal cavities of which contain grains of metal hydride, such as palladium. For the introduction of a solution of palladium salt and the penetration of hydrogen into the internal cavity in the wall of the microsphere, pores with a size of 10 to 1000 Angstroms are made, the density of the microsphere is from 1 to 2 kg / cm 3 . Hydrogen is accumulated and stored in a metal hydride (palladium) located in the inner cavity of the microsphere and is extracted from the grains of the metal hydride by heating the microsphere and passing through the pores in the wall. The pores are primarily used for the penetration of a solution of palladium salt into the internal cavity of the microsphere and subsequent deposition of palladium in the form of grains (See International Application WO 2007/050362, published 03.05.2007, MKI C03C 11/00).

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание аккумулятора водорода, обеспечивающего одновременно высокое весовое и высокое объемное содержание водорода, обладающего высокоскоростными регулирующими свойствами при заполнении аккумулятора и при его разрядке (подаче к потребителю), обеспечивающего безопасное хранение и транспортировку водорода, исключающего его воспламенение и взрыв.The technical task of the proposed invention is the creation of a hydrogen accumulator that provides both high weight and high volumetric hydrogen content, which has high-speed regulatory properties when filling the battery and when it is discharged (supplied to the consumer), ensuring safe storage and transportation of hydrogen, eliminating its ignition and explosion.

Министерством энергетики США представлены основные требования к параметрам аккумуляторов водорода, выполнение которых обеспечивает государственную поддержку данному направлению устройств для хранения и транспортировки водорода. (См. Таблицу 1.)The US Department of Energy presents the basic requirements for the parameters of hydrogen storage batteries, the implementation of which provides government support for this area of hydrogen storage and transportation devices. (See Table 1.)

В заявляемом решении сочетаются свойства микросфер - высокое весовое содержание водорода и свойства гидридов металлов - высокое объемное содержание водорода. При этом гидрид металла выполняет несколько функций, а именно: является барьером для выхода водорода из микросферы, является регулятором подачи водорода из микросферы при изменении температуры. Температурный режим функционирования аккумулятора значительно ниже (порядка 100°С), чем в известных аккумуляторах (400°С).The claimed solution combines the properties of microspheres - a high weight content of hydrogen and the properties of metal hydrides - a high volume content of hydrogen. At the same time, metal hydride performs several functions, namely: it is a barrier to the release of hydrogen from the microsphere, it is a regulator of the supply of hydrogen from the microsphere when the temperature changes. The temperature operating mode of the battery is significantly lower (about 100 ° C) than in known batteries (400 ° C).

Оболочка (стенка) микросферы позволяет заполнение ее без нагрева, но является и прочным барьером для восприятия нагрузки - внутреннего давления водорода, обеспечивая высокую безопасность аккумулятора. Внутренняя полость микросферы и металлогидрид одновременно содержат водород.The shell (wall) of the microsphere allows it to be filled without heating, but it is also a strong barrier to the perception of the load - the internal pressure of hydrogen, ensuring high battery safety. The internal cavity of the microspheres and the metal hydride simultaneously contain hydrogen.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 - схематично изображен предлагаемый аккумулятор;figure 1 - schematically shows the proposed battery;

на фиг.2 - микросфера в разрезе.figure 2 - microsphere in the context.

Предлагаемый аккумулятор состоит из цилиндрического корпуса 1 с патрубками 2 для зарядки водородом и патрубками 3 для подачи (разрядки). Внутреннее пространство корпуса заполнено микросферами 4. Аккумулятор снабжен нагревателем 5 для нагрева микросфер. Каждая из микросфер имеет внутреннюю полость 6, которая выполнена свободной, т.е. не содержит каких-либо твердых или жидких материалов. В стенке (оболочке) 7 имеются капилляры 8, обеспечивающие стенке проницаемость водорода при комнатной температуре. На наружной поверхности стенки нанесен слой 9 металла (сплава), образующего с водородом гидрид металла, например лантанат никеля.The proposed battery consists of a cylindrical housing 1 with nozzles 2 for charging with hydrogen and nozzles 3 for supply (discharge). The inner space of the housing is filled with microspheres 4. The battery is equipped with a heater 5 for heating the microspheres. Each of the microspheres has an internal cavity 6, which is made free, i.e. does not contain any solid or liquid materials. In the wall (shell) 7 there are capillaries 8, providing the wall with hydrogen permeability at room temperature. A metal (alloy) layer 9 is deposited on the outer surface of the wall, forming a metal hydride with hydrogen, for example nickel lanthanate.

При работе аккумулятор заряжается водородом, который под давлением через патрубки 2 подается в аккумулятор. Водород через слой 9 металлогидрида и капилляры 8 поступает во внутреннюю полость 6 микросферы, а также сорбируется слоем 9 металлогидрида. Таким образом, и во внутренней полости микросферы и на ее поверхности в слое 9 находится водород. Для получения водорода (разрядки) микросферы в аккумуляторе нагревают до температуры 100°С, при которой из слоя 9 металлогидрида выделяется водород. Выделившийся из слоя 9 водород непрерывно подпитывается водородом из внутренней полости 6 микросферы 4 до достижения равновесного состояния при этой температуре.During operation, the battery is charged with hydrogen, which is supplied under pressure through the nozzles 2 into the battery. Hydrogen through the metal hydride layer 9 and capillaries 8 enters the inner cavity 6 of the microspheres, and is also sorbed by the metal hydride layer 9. Thus, in the inner cavity of the microsphere and on its surface in the layer 9 is hydrogen. To produce hydrogen (discharge), the microspheres in the battery are heated to a temperature of 100 ° C, at which hydrogen is released from the metal hydride layer 9. Hydrogen released from the layer 9 is continuously fed with hydrogen from the inner cavity 6 of the microsphere 4 until an equilibrium state is reached at this temperature.

Этим самым: исключается необходимость в нагреве стенки микросферы до высокой температуры в 400°С для увеличения ее проницаемости и получения требуемого количества водорода; увеличивается быстродействие системы, т.к. масса микросфер достаточно инерционна (в тепловом смысле) из-за низкой теплопроводности микросфер в условиях повышенной температуры, т.е. управляющее воздействие осуществляется на внешний слой микросферы, где расположен металлогидрид, а не на саму стенку, т.к. в этом нет неободимисти; водород и при невысокой температуре (даже при комнатной) поступает из внутренней полости в слой металлогидрида.This: eliminates the need for heating the wall of the microsphere to a high temperature of 400 ° C to increase its permeability and obtain the required amount of hydrogen; system performance increases since the mass of microspheres is rather inertial (in the thermal sense) due to the low thermal conductivity of the microspheres at elevated temperatures, i.e. the control action is carried out on the outer layer of the microsphere, where the metal hydride is located, and not on the wall itself, because there is no neobodimosti; hydrogen and at a low temperature (even at room temperature) enters from the internal cavity into the metal hydride layer.

ПримерExample

Аккумулятор водорода заполняют микросферами со следующими параметрами:The hydrogen accumulator is filled with microspheres with the following parameters:

диаметр микросферы (R1) - 100 микрон;the diameter of the microspheres (R 1 ) - 100 microns;

толщина стенки (оболочки) - 1 микрон (R2-R1);wall (shell) thickness - 1 micron (R 2 -R 1 );

толщина слоя покрытия гидрида металла - 0,2 микрона (R3-R2);the thickness of the coating layer of the metal hydride is 0.2 microns (R 3 -R 2 );

При давлении водорода, которым заполняется микросфера, равном 1000 атм, плотность водорода внутри микросфер составляет 50 г/л.At a hydrogen pressure that fills the microsphere equal to 1000 atm, the hydrogen density inside the microspheres is 50 g / l.

Рассчитаем весовое содержание водорода в микросфере, для чего определим объемы микросферы, водорода и оболочки (стенки).We calculate the weight content of hydrogen in the microsphere, for which we determine the volumes of the microsphere, hydrogen and the shell (wall).

4/3 я (513-503)- 4/3π (132651-12500)=4/3π 7651.4/3 i (51 3 -50 3 ) - 4 / 3π (132651-12500) = 4 / 3π 7651.

Вес водорода - 4/3π 125000×50=4/3π 6250000.The weight of hydrogen is 4 / 3π 125000 × 50 = 4 / 3π 6250000.

вес оболочки - 4/3π 7651×2200=4/3π 16832200.shell weight - 4 / 3π 7651 × 2200 = 4 / 3π 16832200.

Отношение веса водорода к весу оболочки =6250000/16832200=0,37 т.е. 37%.The ratio of the weight of hydrogen to the weight of the shell = 6250000/16832200 = 0.37 i.e. 37%

Для металлогидрида принимаем объемное содержание водорода 80 г/л, весовое содержание 4%, для LaNi плотность - 9,0. Наносим покрытие толщиной 0,2 микрона. Объем покрытия равенFor metal hydride, we take a volumetric hydrogen content of 80 g / l, a weight content of 4%, for LaNi, the density is 9.0. We apply a coating thickness of 0.2 microns. The amount of coverage is

4/3π(51,23-513)=4/3π(134217,7-132651)=4/3π1566,7.4 / 3π (51.2 3 -51 3 ) = 4 / 3π (134217.7-132651) = 4 / 3π1566.7.

Вес покрытия 4/3π 1566,7×9000=4/3π 14100300.Coating weight 4 / 3π 1566.7 × 9000 = 4 / 3π 14100300.

Определим массовое (весовое) содержание водорода в микросфереDetermine the mass (weight) hydrogen content in the microsphere

37×132651+4×1566,7/134217,7=0,366, т.е. 36,6%.37 × 132651 + 4 × 1566.7 / 134217.7 = 0.366, i.e. 36.6%.

Определим объемное содержание водорода в микросфереDetermine the volumetric hydrogen content in the microsphere

80×1566,7+50×125000/134217,7=47,5 г/л.80 × 1566.7 + 50 × 125000 / 134217.7 = 47.5 g / l.

Сравнение полученных результатов с данными таблицы показывает, что по всем показателям предлагаемое решение превосходит требования Министерства энергетики США к аккумуляторам водорода.A comparison of the results with the data in the table shows that in all respects the proposed solution exceeds the requirements of the US Department of Energy for hydrogen batteries.

ТаблицаTable ПараметрParameter 2007 г.2007 year 2010 г.2010 year 2015 г.2015 year Весовое содержание водорода, кг/H2/кгThe weight content of hydrogen, kg / H 2 / kg 0,0450,045 0,060.06 0,090.09 Объемное содержание водорода, кг/Н2The volumetric content of hydrogen, kg / N 2 / l 0,0360,036 0,0450,045 0,0810,081 Время до создания полного потока водорода при 20°С, сTime to create a complete hydrogen flow at 20 ° С, s 4four 4four 0,50.5 Время заполнения аккумулятора, минBattery filling time, min 1010 33 2,52.5

Аналогичные расчеты были произведены для прототипа, т.е. для микросфер диаметром 100 микрон, с толщиной стенки 10 микрон, (плотность от 1 до 2 г/см3) во внутренней полости расположены зерна сплава тантала и никеля.Similar calculations were performed for the prototype, i.e. for microspheres with a diameter of 100 microns, with a wall thickness of 10 microns, (density from 1 to 2 g / cm 3 ) grains of tantalum and nickel alloys are located in the inner cavity.

Весовое содержание водорода в такой микросфере составляет 5%, объемное содержание 17%. При одинаковом времени заполнения аккумулятора, равному 3 минутам, время до создания полного рабочего потока водорода в предлагаемом решении составило 3 секунды, а в известном 8 секунд.The weight content of hydrogen in such a microsphere is 5%, the volume content of 17%. With the same battery filling time equal to 3 minutes, the time to create a full working stream of hydrogen in the proposed solution was 3 seconds, and in the known 8 seconds.

Таким образом, на основании технических характеристик заявляемое техническое решение превосходит известные в технике решения.Thus, on the basis of technical characteristics, the claimed technical solution exceeds the solutions known in the art.

Claims (1)

Аккумулятор водорода, содержащий полые микросферы и сплав, образующий с водородом гидрид металла, отличающийся тем, что внутренняя полость микросферы выполнена свободной, сплав металла нанесен на наружную поверхность микросферы, а стенка микросферы выполнена проницаемой для водорода при комнатной температуре. A hydrogen accumulator containing hollow microspheres and an alloy forming a metal hydride with hydrogen, characterized in that the inner cavity of the microsphere is made free, a metal alloy is deposited on the outer surface of the microsphere, and the wall of the microsphere is permeable to hydrogen at room temperature.
RU2008134327/06A 2008-08-22 2008-08-22 Hydrogen accumulator RU2376522C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134327/06A RU2376522C1 (en) 2008-08-22 2008-08-22 Hydrogen accumulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134327/06A RU2376522C1 (en) 2008-08-22 2008-08-22 Hydrogen accumulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2376522C1 true RU2376522C1 (en) 2009-12-20

Family

ID=41625739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008134327/06A RU2376522C1 (en) 2008-08-22 2008-08-22 Hydrogen accumulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2376522C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521904C2 (en) * 2013-03-26 2014-07-10 Алла Витальевна Звягинцева Hydrogen accumulator
RU2765572C2 (en) * 2011-02-28 2022-02-01 Николас КЕРНЕН Power unit with safe and reliable hydrogen storage device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WO /2008/019414 A2, 21.02.2008. *
WO/2007/050362 A2, 03.05.2007. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2765572C2 (en) * 2011-02-28 2022-02-01 Николас КЕРНЕН Power unit with safe and reliable hydrogen storage device
RU2521904C2 (en) * 2013-03-26 2014-07-10 Алла Витальевна Звягинцева Hydrogen accumulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210313606A1 (en) H2o-based electrochemical hydrogen-catalyst power system
AU2021221860B2 (en) Air independent propulsion system for submarines based on phosphoric acid fuel cell with onboard hydrogen generator
US7198867B2 (en) Electrochemical generation, storage and reaction of hydrogen and oxygen
US7666807B2 (en) Hollow porous-wall glass microspheres for hydrogen storage
CN101896420B (en) Hydrogen storage material, production method of the hydrogen storage material, hydrogen supply system, fuel cell, internal combustion engine and vehicle
US7648567B2 (en) Tank and material for storage of hydrogen gas
CN109931494A (en) Hydrogen-storing device for hydrogen storage
WO2007078787A1 (en) Porous metal hydride electrode
RU2376522C1 (en) Hydrogen accumulator
JP2746751B2 (en) Method and apparatus for charging and discharging electrical energy
CN108069399A (en) For using the oxygen generator of ionic liquid
CN108054474B (en) Hybrid fuel cell
JP2010520145A (en) Method and unit for storing hydrogen
US20100261094A1 (en) Apparatus for containing metal-organic frameworks
JP4574487B2 (en) Hydrogen production method, hydrogen production apparatus and power supply
US8097234B1 (en) Hydrogen permeable encapsulated solid-state hydride materials and method for forming and using same
RU2327078C2 (en) Hydrogen vessel
FR2999169A1 (en) Pyrotechnic process for providing hydrogen, by combusting solid pyrotechnic charge for producing hot, hydrogenated gas, temporarily storing part of hydrogen in the form of metal hydride and heating the metal hydride for delivering hydrogen
RU2345273C1 (en) Capacity for storage of hydrogen
RU2285859C1 (en) Tank for storing and accumulating hydrogen
RU2283453C2 (en) Hydrogen storage reservoir and method of accumulation of hydrogen
RU2267694C1 (en) Container for storage of hydrogen
Blinov et al. Metal-hydride reactor for low rate fuel supply with pressure driven adsorption and cooled by natural convection
JP2010001188A (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell
RU2606301C2 (en) Accumulator for hydrogen storage in bound state and accumulator cartridge

Legal Events

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

Effective date: 20100823

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20111027

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120823