RU2715052C1 - Rechargeable electrochemical hydrogen trap generating electric current - Google Patents

Rechargeable electrochemical hydrogen trap generating electric current Download PDF

Info

Publication number
RU2715052C1
RU2715052C1 RU2019133353A RU2019133353A RU2715052C1 RU 2715052 C1 RU2715052 C1 RU 2715052C1 RU 2019133353 A RU2019133353 A RU 2019133353A RU 2019133353 A RU2019133353 A RU 2019133353A RU 2715052 C1 RU2715052 C1 RU 2715052C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
container
electrodes
receiver
nickel
Prior art date
Application number
RU2019133353A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Владимировна Солдатенко
Иван Игоревич Сундуков
Дмитрий Анатольевич Шиганов
Сергей Николаевич Барзуков
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
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 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2019133353A priority Critical patent/RU2715052C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715052C1 publication Critical patent/RU2715052C1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B11/00—Devices for reconditioning breathing air in sealed rooms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/36—Adaptations of ventilation, e.g. schnorkels, cooling, heating, or air-conditioning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

FIELD: device for utilization of hydrogen.
SUBSTANCE: invention relates to devices for utilization of hydrogen in closed rooms isolated from environment. Rechargeable electrochemical current-generating hydrogen trap comprises sealed container with detachable cover, a unit fixed in the container, consisting of parallel connected oxide-nickel electrodes, alternating parallel-connected hydrogen electrodes and separating said oxide-nickel and hydrogen electrodes of polypropylene separators containing in pores as a matrix electrolyte solution KOH of 30 % concentration. Hydrogen electrodes are equipped with hydrogen chambers in form of gas-diffusion nickel grids which are tightly adjacent to hydrogen electrodes. Negative and positive outputs of the unit are connected to the current source for charging of the unit or to the consumer of electric energy generated by the hydrogen trap at discharge of the unit through the outputs of the sealed feedthrough insulators built into the container walls. Pipe is welded into the wall of the container and is intended for connection of the container cavity with the hydrogen receiver, on which there is a valve with a drive and a hydrogen pressure regulator and, if necessary, a pressure meter.
EFFECT: enabling generation of electric energy with recycling of recycled hydrogen into a receiver, for example, in onboard system for storage or immediate use of said gas.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам утилизации водорода в замкнутых помещениях, изолированных от внешней среды.The invention relates to devices for the utilization of hydrogen in enclosed spaces isolated from the external environment.

Наиболее близкой по технической сущности является известная из способа утилизации водорода и кислорода (RU 2085436, Н01M 10/36, B63G 8/36) ловушка водорода (ЛВ), продуваемого из полостей электрохимического генератора (ЭХГ) водородокислородного типа, содержащая специальный контейнер (в терминологии источника «специальная охлаждаемая емкость», «интерметаллидный накопитель водорода»), в котором размещены интерметаллиды, например, CeLaNi5, и который охлаждается средой термостатирования ЭХГ. В контейнере за счет физико-химических свойств интерметаллида, например, CeLaNi5, при давлении газов над поверхностью интерметаллида 80-100 КПа, определяемом его температурой, происходит поглощение водорода при выделении тепла в этой реакции.The closest in technical essence is known from the method of utilization of hydrogen and oxygen (RU 2085436, H01M 10/36, B63G 8/36) a trap of hydrogen (LP), purged from the cavities of an electrochemical generator (ECG) of a hydrogen-oxygen type, containing a special container (in terminology source “special cooled tank”, “intermetallic hydrogen storage device”), which contains intermetallic compounds, for example, CeLaNi 5 , and which is cooled by an ECG thermostating medium. Due to the physicochemical properties of the intermetallic compound, for example, CeLaNi 5 , in the container, when the gas pressure above the surface of the intermetallic compound is 80-100 KPa, determined by its temperature, hydrogen is absorbed when heat is generated in this reaction.

Недостатком этого устройства является применение интерметаллидов, затраты энергии на их охлаждение и осушку водорода перед утилизацией, а также проблемы регенерации интерметаллидов после использования.The disadvantage of this device is the use of intermetallic compounds, energy costs for their cooling and drying of hydrogen before disposal, as well as the problems of regeneration of intermetallic compounds after use.

Техническим результатом заявляемого устройства является возможность выработки электрической энергии с возвратом утилизированного водорода в приемник, например, в бортовую систему для хранения или немедленного использования данного газа.The technical result of the claimed device is the ability to generate electrical energy with the return of utilized hydrogen to the receiver, for example, to the on-board system for storage or immediate use of this gas.

Указанный технический результат достигается следующей совокупностью существенных признаков: перезаряжаемая электрохимическая генерирующая электрический ток ЛВ, включающая герметичный контейнер со съемной крышкой, закрепленный в контейнере блок, состоящий из параллельно соединенных окисно-никелевых электродов, чередующихся с ними параллельно соединенных гидрофобизированных водородных электродов и разделяющих указанные окисно-никелевые и водородные электроды полипропиленовых сепараторов, содержащих в порах в качестве матричного электролита раствор КОН 30% концентрации; водородные электроды снабжены водородными камерами в виде плотно прилегающих к водородным электродам газодиффузионных никелевых сеток; отрицательный и положительный выводы блока через выводы вмонтированных в стенки контейнера герметичных проходных изоляторов предназначены для подключения либо к источнику тока для зарядки блока, либо к потребителю электроэнергии вырабатываемой ЛВ при разрядке блока; в стенку контейнера вварена труба, предназначенная для соединения полости контейнера с приемником водорода, на которой установлены клапан с приводом и регулятор давления водорода.The indicated technical result is achieved by the following set of essential features: a rechargeable electrochemical drug generating electric current, including a sealed container with a removable lid, a unit fixed in the container, consisting of parallel-connected oxide-nickel electrodes alternating with them in parallel connected hydrophobized hydrogen electrodes and separating these oxide nickel and hydrogen electrodes of polypropylene separators containing in the pores as matrix o electrolyte KOH solution of 30% concentration; hydrogen electrodes are equipped with hydrogen chambers in the form of gas diffusion nickel grids tightly adjacent to the hydrogen electrodes; the negative and positive conclusions of the block through the conclusions of the sealed bushing insulators mounted in the container walls are intended to be connected either to the current source for charging the block or to the consumer of electricity generated by the drug when the block is discharged; a pipe is welded into the container wall, designed to connect the container cavity to the hydrogen receiver, on which a valve with an actuator and a hydrogen pressure regulator are installed.

Целесообразно при этом для контроля давления установить на упомянутой трубе прибор для измерения давления (измеритель давления).In this case, it is advisable to install a pressure measuring device (pressure meter) on the said pipe to control pressure.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена конструкция ЛВ с приемником водорода.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows the design of a drug with a hydrogen receiver.

ЛВ содержит блок 1, закрепленный в герметичном контейнере 8 со съемной крышкой 2. Блок 1 состоит из: соединенных параллельно окисно-никелевых электродов 11; соединенных параллельно водородных электродов 12 (например, из смеси небольшого количества платиновой черни с фторопластом на никелевой сетке); водородных камер 13, плотно прилегающих к водородным электродам; полипропиленовых сепараторов 14, разделяющих окисно-никелевые и водородные электроды и одновременно являющихся хранилищем матричного электролита, например, раствора KOH 30% концентрации.The LP contains a block 1 fixed in an airtight container 8 with a removable cover 2. Block 1 consists of: nickel oxide electrodes 11 connected in parallel; hydrogen electrodes 12 connected in parallel (for example, from a mixture of a small amount of platinum black with fluoroplastic on a nickel mesh); hydrogen chambers 13 closely adjacent to hydrogen electrodes; polypropylene separators 14 separating oxide-nickel and hydrogen electrodes and at the same time are storage of a matrix electrolyte, for example, a 30% concentration KOH solution.

В контейнере 8 при установленной и прижатой необходимым усилием Р крышке 2 процессы протекают при давлении до 4 МПа+0,1МПа (положение на фиг. 1 слева), при удалении крышки 2 (положение на фиг.1 справа) - при давлении окружающей среды.In the container 8, when the cover 2 is installed and pressed with the necessary force P, the processes proceed at a pressure of up to 4 MPa + 0.1 MPa (the position in Fig. 1 on the left), and when the cover 2 is removed (the position in Fig. 1 on the right), at ambient pressure.

Блок 1 должен выступать над верхней плоскостью контейнера 8 не меньше, чем на 50% его высоты.Block 1 should protrude above the upper plane of the container 8 not less than 50% of its height.

Отрицательные и положительные выводы 6 блока 1 подключены к выводам вмонтированных в стенку контейнера герметичных проходных изоляторов 9, а через них, в соответствии с выполняемой на данный момент функцией, либо к источнику тока для зарядки блока 1, либо к потребителям энергии, вырабатываемой блоком при разряде.Negative and positive conclusions 6 of block 1 are connected to the conclusions of the sealed bushing insulators 9 mounted in the container wall, and through them, in accordance with the function currently performed, either to the current source for charging block 1, or to consumers of energy generated by the block during discharge .

Контейнер 8 соединен вваренной трубой 7 (состоит из нескольких участков, каждый участок обозначен на фиг. 1 как позиция 7) с бортовым приемником водорода 16, который снабжен баллонами 17, клапаном предохранительным (КП) 18 и датчиком давления (РТ) 19. Приемник водорода 16 в качестве вспомогательного оборудования представлен на фиг. 1 слева.The container 8 is connected by a welded pipe 7 (consists of several sections, each section is indicated in Fig. 1 as position 7) with an on-board hydrogen receiver 16, which is equipped with cylinders 17, a safety valve (KP) 18 and a pressure sensor (RT) 19. A hydrogen receiver 16 as auxiliary equipment is shown in FIG. 1 left.

Вдоль трубы 7 расположены последовательно измеритель давления 15, клапан 4 с приводом и регулятор давления 3. Заряд блока 1 после подачи напряжения протекает по схеме:Along the pipe 7, a pressure meter 15, a valve 4 with an actuator and a pressure regulator 3 are arranged in series. The charge of block 1 after voltage is applied flows according to the scheme:

2Ni(OH)→2NiOOH+H2.2Ni (OH) → 2NiOOH + H 2 .

При этом конечное напряжения заряда должно соответствовать нормам для никель-водородных аккумуляторов (1,55-1,58 В/элемент). При заряде блока 1 (положение крышки 2 слева) выполняется следующая последовательность операций:In this case, the final charge voltage must comply with the standards for nickel-hydrogen batteries (1.55-1.58 V / cell). When charging unit 1 (position of cover 2 on the left), the following sequence of operations is performed:

- установка крышки 2 на верхней площадке контейнера 8, ее крепление, обеспечивающее работу в образовавшейся камере при давлении 4 МПа±0,1 Мпа;- installation of the lid 2 on the upper platform of the container 8, its fastening, ensuring operation in the formed chamber at a pressure of 4 MPa ± 0.1 MPa;

- проверка герметичности по водороду, в том числе исправности уплотнений 5;- checking the tightness of hydrogen, including the health of the seals 5;

- фиксация нормального давления и перекрытие клапаном 4 трубы 7;- fixing the normal pressure and the valve overlap 4 of the pipe 7;

- подача напряжения заряда и доведение давления в камере контейнера 8 до 4МПа±0,1 МПа;- supply voltage of the charge and bringing the pressure in the chamber of the container 8 to 4MPa ± 0.1 MPa;

- открытие клапана 4, начало подачи водорода в приемник при работе регулятора давления 3 в режиме «4 МПа±0,1 Мпа давление в приемнике»;- opening of valve 4, the beginning of the supply of hydrogen to the receiver when the pressure regulator 3 is operating in the "4 MPa ± 0.1 MPa pressure in the receiver" mode;

- отключение напряжения заряда, при этом давление в камере контейнера 8 падает;- turning off the charge voltage, while the pressure in the chamber of the container 8 drops;

- закрытие клапана 4 между контейнером 8 и приемником водорода 16 после выравнивания давлений в камере контейнера 8 и в приемнике водорода 16.- closing the valve 4 between the container 8 and the hydrogen receiver 16 after equalizing the pressures in the chamber of the container 8 and in the hydrogen receiver 16.

Водород, находившийся в гидроокиси никеля, поступил в приемник.Hydrogen in nickel hydroxide entered the receiver.

После этого снимается крышка 2 контейнера 8 (положение крышки на фиг. 1 справа), блок 1 поглощает свободный водород и генерирует ток, при этом реакция протекает по схеме: H2+2NiOOH→2Ni(OH)2 при давлении окружающей среды.After that, the lid 2 of the container 8 is removed (the position of the lid in Fig. 1 is on the right), block 1 absorbs free hydrogen and generates current, while the reaction proceeds according to the scheme: H 2 + 2NiOOH → 2Ni (OH) 2 at ambient pressure.

Потом, при заряде блока 1, вновь отбирается водород у гидроокиси никеля и снова отправляется в приемник водорода 16.Then, when charging unit 1, hydrogen is again taken from the nickel hydroxide and again sent to the hydrogen receiver 16.

При одной и той же емкости окисно-никелевого электрода интенсивность поглощения газа будет определяться количеством катализатора (платиновой черни) в активной массе водородного электрода и концентрацией водорода в окружающей среде.At the same capacity of the nickel oxide electrode, the intensity of gas absorption will be determined by the amount of catalyst (platinum black) in the active mass of the hydrogen electrode and the concentration of hydrogen in the environment.

При использовании гидрофобизированных водородных электродов 12 с количеством платиновой черни не менее 30 г/кв.м, в зависимости от ранее перечисленных факторов, предлагаемые ЛВ способны на 1 квт*ч емкости окисно-никелевого электрода в течение суток утилизировать от 4 до 8 г водорода и при этом генерировать электричество, соответственно от 0,06 до 0,12 квт*ч (B.C. Богоцкий,, A.M. Скундин «Химические источники тока», М., Энергоиздат, 1981 г).When using hydrophobized hydrogen electrodes 12 with an amount of platinum black of at least 30 g / m2, depending on the factors listed above, the proposed drugs are capable of utilizing from 4 to 8 g of hydrogen per day per 1 kWh of nickel-oxide electrode capacity and at the same time generate electricity, respectively, from 0.06 to 0.12 kWh (BC Bogotsky, AM Skundin “Chemical sources of current”, M., Energoizdat, 1981).

Позиция 10, обозначенная как заземление, указывает на возможность использовать контейнер в качестве одного из выводов 6 блока 1.Position 10, designated as grounding, indicates the ability to use the container as one of the conclusions 6 of block 1.

Claims (3)

1. Перезаряжаемая электрохимическая генерирующая электрический ток электрохимическая ловушка водорода, характеризующаяся тем, что включает: приемник водорода; контейнер, выполненный герметичным и снабженный крышкой контейнера, при этом в контейнере закреплен блок, включающий параллельно соединенные окисно-никелевые электроды, чередующиеся с ними параллельно соединенные водородные электроды и разделяющие указанные окисно-никелевые и водородные электроды полипропиленовые сепараторы, содержащие в порах в качестве матричного электролита раствор KOH 30% концентрации, при этом водородные электроды снабжены водородными камерами в виде плотно прилегающих к водородным электродам газодиффузионных никелевых сеток; отрицательный и положительный выводы блока через выводы вмонтированных в стенки контейнера герметичных проходных изоляторов, подключенных при зарядке блока к источнику тока, а при разрядке блока - к потребителю электроэнергии, вырабатываемой ловушкой водорода, при этом в стенку контейнера вварена труба, соединяющая полости контейнера с приемником водорода, при этом на трубе установлены клапан с приводом и регулятор давления.1. A rechargeable electrochemical electric current generating electrochemical hydrogen trap, characterized in that it includes: a hydrogen receiver; the container is sealed and provided with a container lid, while a block is fixed in the container, including parallel-connected nickel oxide electrodes, alternating parallel-connected hydrogen electrodes and separating these nickel oxide and hydrogen electrodes polypropylene separators containing in the pores as a matrix electrolyte KOH solution of 30% concentration, while the hydrogen electrodes are equipped with hydrogen chambers in the form of gas diffusion tightly adjacent to the hydrogen electrodes nickel nets; negative and positive conclusions of the block through the conclusions of the sealed bushing insulators mounted in the container walls, connected when charging the block to a current source, and when the block is discharged - to the consumer of electricity generated by a hydrogen trap, while a pipe is welded into the container wall connecting the cavity of the container to the hydrogen receiver while a valve with an actuator and a pressure regulator are installed on the pipe. 2. Ловушка водорода по п. 1, отличающаяся тем, что на трубе, соединяющей полости контейнера с приемником водорода, установлен измеритель давления.2. A hydrogen trap according to claim 1, characterized in that a pressure meter is installed on the pipe connecting the cavity of the container to the hydrogen receiver. 3. Ловушка водорода по п. 1, отличающаяся тем, что крышка контейнера выполнена съемной.3. The hydrogen trap according to claim 1, characterized in that the container lid is removable.
RU2019133353A 2019-10-21 2019-10-21 Rechargeable electrochemical hydrogen trap generating electric current RU2715052C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133353A RU2715052C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Rechargeable electrochemical hydrogen trap generating electric current

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133353A RU2715052C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Rechargeable electrochemical hydrogen trap generating electric current

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715052C1 true RU2715052C1 (en) 2020-02-25

Family

ID=69630996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019133353A RU2715052C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Rechargeable electrochemical hydrogen trap generating electric current

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715052C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197097U1 (en) * 2020-03-02 2020-03-30 Общество с ограниченной ответственностью "НПО ССК" Hydrogen trap based on a battery of open-type nickel-hydrogen batteries

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4659554A (en) * 1984-06-04 1987-04-21 Allied Corporation Low-energy process for separation of hydrogen isotopes
RU1649985C (en) * 1989-04-04 1994-09-15 Научно-производственное предприятие "Сатурн" Nickel-hydrogen cell
RU2085436C1 (en) * 1993-06-15 1997-07-27 Специальное конструкторское бюро котлостроения Method of utilization of hydrogen and oxygen blown from chambers of electro- chemical hydrogen-and-oxygen type generator
WO2010014684A2 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Blacklight Power, Inc. Heterogeneous hydrogen-catalyst reactor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4659554A (en) * 1984-06-04 1987-04-21 Allied Corporation Low-energy process for separation of hydrogen isotopes
RU1649985C (en) * 1989-04-04 1994-09-15 Научно-производственное предприятие "Сатурн" Nickel-hydrogen cell
RU2085436C1 (en) * 1993-06-15 1997-07-27 Специальное конструкторское бюро котлостроения Method of utilization of hydrogen and oxygen blown from chambers of electro- chemical hydrogen-and-oxygen type generator
WO2010014684A2 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Blacklight Power, Inc. Heterogeneous hydrogen-catalyst reactor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197097U1 (en) * 2020-03-02 2020-03-30 Общество с ограниченной ответственностью "НПО ССК" Hydrogen trap based on a battery of open-type nickel-hydrogen batteries

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100790680B1 (en) Hydrogen generator
US9590262B2 (en) Reversible fuel cell and reversible fuel cell system
US5712054A (en) Rechargeable hydrogen battery
US20060024564A1 (en) Manclaw-Harrison fuel cell
CN104160543B (en) Vehicle boarded cell stack system
KR20090060996A (en) Power generating apparatus
US20140234730A1 (en) Metal/Oxygen Battery with Oxygen Pressure Management
CN100459268C (en) Hydrogen storage-based rechargeable fuel cell system
CA2020402C (en) High power density battery for peak power
RU2715052C1 (en) Rechargeable electrochemical hydrogen trap generating electric current
JP2010272446A (en) Electric connection structure of fuel cell system, and fuel cell system using the same
FR2447617A1 (en) Cyclically rechargeable accumulators for electric vehicle - have gas flow indicator to show commencement of gassing and controller o reduce charging current
JP2012248529A (en) Hybrid hydrogen fuel cell
KR102358856B1 (en) Rechargeable electrochemical device for producing electrical energy
JP2013048067A (en) Fuel cell system
CN217062197U (en) Sheet metal battery system
US20170104232A1 (en) Mini hydrogen battery charger
CN210734514U (en) Unmanned aerial vehicle's battery
CN113224423B (en) Portable metal air power supply
KR100872427B1 (en) Fueltank turnover displayer of fuel cell and method thereof
RU2662320C1 (en) Method of energy conversion in power supply of spacecraft
CN114551955A (en) Sheet metal battery system
CN113823813A (en) Efficient hydrogen fuel cell system and working method thereof
RU2524606C1 (en) Electrochemical water pump
CN117691261A (en) Metal air battery monomer and battery pack thereof

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220228

Effective date: 20220228