×
20.05.2014
216.012.c424

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АККУМУЛИРОВАНИЯ ВОДОРОДА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к способу аккумулирования водорода, заключающемуся в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды. Способ характеризуется тем, что в качестве электродов используются металлокерамические никелевые электроды без активной массы, используемые в никель-кадмиевых аккумуляторах. Использование настоящего изобретения дает возможность использования для накопления водорода дешевых, промышленно выпускаемых металлокерамических никелевых электродов, а также получения массового содержания водорода в электродах 7,5-8%. 2 пр.
Основные результаты: Способ аккумулирования водорода, заключающийся в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды, отличающийся тем, что в качестве электродов используются металлокерамические никелевые электроды без активной массы, используемые в никель-кадмиевых аккумуляторах.

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 и емкость для хранения водорода (патент №2222749, МПК F17C 5/04, 2004), 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 г.), она выполнена из прочных композитных относительно легких материалов. Последняя модификация имеет объем 90 л, 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 являются взрывоопасность, низкое содержание водорода на единицу объема, до 400 л водорода на 1 л и потери газа из емкости.

Также известен способ аккумулирования водорода в микросферах (Малышенко С.П. Назарова О.В. Аккумулирование водорода. В сборнике статей «Атомно-водородная энергетика и технология», вып.8, стр.155-205. 1988 г.). Полые микросферы выполнены из стекла диаметром 5-200 мкм с толщиной стенки 0,5-5 мкм. При температуре 200-400°C под давлением водород, активно диффундируя через стенки, заполняет микросферы и после охлаждения остается в них под давлением. Так, при давлении водорода в 500 атм 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°C выделяется около 55% запасенного в микросферах водорода и около 75% при нагревании до 250°C. При хранении водорода в стеклянных микросферах потери за счет диффузии 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 этого способа аккумулирования водорода является то, что зарядка аккумулятора с микросферами осуществляется при высоких давлениях водорода и повышенных температурах, что приводит к повышенной взрывоопасности.

Также известен способ аккумулирования водорода (патент РФ №2037737, МПК F17C 5/04), в котором в качестве накопителя-аккумулятора водорода используется порошок интерметаллида. Недостатками 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.

В качестве прототипа выбран способ аккумулирования водорода (патент РФ №2283453, МПК F17C 11/00, 2006), в котором в качестве накопителя-аккумулятора водорода используются микросферы, изготовленные из стали или титана, или лантана, или никеля, или циркония, или сплавов на основе этих металлов или графита, 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.

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 насыщения электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды, микросферы были заменены на металлокерамические никелевые электроды без активной массы, используемые в никель-кадмиевых аккумуляторах.

Емкость для хранения водорода состоит из двух групп металлокерамических никелевых электродов без активного вещества, используемых в металлокерамических никель-кадмиевых аккумуляторах. Каждый электрод помещен в тонкий сепаратор. Корпус емкости выполнен из не проводящего ток материала. Данные группы электродов плотно вставлены в корпус как в обычных аккумуляторах.

Предложенный способ аккумулирования водорода состоит в насыщении металлокерамических никелевых электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов. Электроды насыщаются водородом, переведенным в ионную форму. Перевод водорода в ионную форму проводится электролизом в водных растворах. Для этого к одной группе электродов подключается положительная клемма внешнего источника тока, а к другой группе отрицательная. Как показали исследования [Галушкин Д.Н., Галушкина Н.Н Накопление водорода в никель-кадмиевых аккумуляторах // Электрохимическая энергетика. - 2005. - Т.5. - №3. - С.206-208] кислород, выделяющийся в результате разложения воды электролита, выходит из емкости, а водород частично выходит, а частично накапливается в пористых металлокерамических электродах. Несмотря на то, что водород выделяется только на отрицательных электродах, вследствие 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 металлах во много раз больше коэффициента диффузии любых других атомов, включая и атомы кислорода. Например, при температуре 20°C коэффициент диффузии водорода в никеле примерно 1010 раз больше чем коэффициент диффузии азота или 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 металлокерамических электродах, а кислород нет.

Количество накапливаемого водорода в переходных металлах зависит от многих факторов. Во-первых, от конкретного процесса накопления водорода. В частности при увеличении давления водорода количество накопленного водорода увеличивается. Во-вторых, от состояния кристаллической решетки металла. Чем мельче порошок никеля и больше разрушена его кристаллическая структура (в частности, чем больше дислокаций), тем больше он способен накапливать водород [Kirchheim R. Solubility, diffusivity and trapping of hydrogen in dilute alloys, deformed and amorphous metals. Acta Met 1982; 30 (2): 1069-1078.].

Количество накопленного в металле водорода (C) связано с внешним давлением водорода (P) соотношением [Fowler R.H., Smithels J.S., Proc. Roy. Soc., A160 (1937) 37.].

Капиллярное давление в порах электрода обратно-пропорционально радиусу пор (R) т.е.

P=A/R.

A=0.2 мк МПа - коэффициент пропорциональности для электролита используемого в щелочных аккумуляторах. В пористом электроде основные поры имеют средний радиус порядка нескольких десятков микрон. Однако высокодисперсный порошок, используемый для изготовления металлокерамической матрицы электродов, имеет микротрещины размером от нескольких сот ангстрем до размеров кристаллической решетки металла [Чизмаджев Ю.А., Маркин B.С., Чирков Ю.Г. Макрокинетика процессов в пористых средах. - М.: Наука, 1971., с.287-318.]. Таким образом, водород, накапливающийся в этих микротрещинах в результате разложения электролита, может находиться под давлением до 100 МПа.

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1.

Металлокерамические никелевые электроды, используемые в аккумуляторах НКБН-25-У3, насыщались водородом при комнатной температуре в стандартном щелочном растворе, используемом в никель-кадмиевых аккумуляторах. В группах электродов подключенных к отрицательной и положительной клеммам содержалось по 14 пластин. Процесс электролиза длился в течение 400 часов при постоянном токе равном 5 А. После окончания процесса электроды отмывались дистиллированной водой, высушивались в потоке воздуха при комнатной температуре.

Для определения количества аккумулированного водорода электрод помещался в герметичную металлическую емкость с трубкой для отвода, выделяющегося газа, и нагревался до 800°C. Выделяющийся водород по трубке поступал в эластичную емкость для сбора газа, по пути водород частично охлаждался, проходя через стандартный змеевик. Количество накопленного в эластичной емкости водорода, определялось по объему емкости. Массовое содержание водорода в электродах было 7,6%.

Пример 2.

В эксперименте использовались те же электроды и тот же метод извлечения водорода. Однако процесс электролиза электролита длился в течение 450 часов при постоянном токе равном 6 А. Массовое содержание водорода в электродах при этом было 8%.

Предлагаемый способ накопления водорода обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Позволяет использовать для накопления водорода дешевые промышленно выпускаемые металлокерамические никелевые электроды.

2. Емкость для накопления водорода имеет компактный вид.

3. Процесс насыщения водородом происходит при комнатной температуре.

Таким образом, данное изобретение обеспечит промышленность безопасным и экономически выгодным способом аккумулирования и хранения водорода.

ИСТОЧНИКИ

1. Патент №2222749, МПК F17C 5/04.

2. Шварц А. Автомобиль будущего. Ж. Вестник, №10 (347), стр.1-5, 12.05.2004 г.

3. Малышенко С.П., Назарова О.В. Аккумулирование водорода. В сборнике статей «Атомно-водородная энергетика и технология», вып.8, стр.155-205, 1988 г.

4. Патент РФ №2037737, МПК F17C 5/04.

5. Патент РФ №2283453, МПК F17C 11/00.

6. Галушкин Д.Н., Галушкина Н.Н. Накопление водорода в никель-кадмиевых аккумуляторах // Электрохимическая энергетика. - 2005. - Т.5. - №3. - С. С.206-208

7. Колачев Б.А., Ильин А.А., Лаврененко В.А., Левинский Ю.В. Гидридные системы (справочник). М.: «Металлургия» (1992). С.37-157.

8. Kirchheim R. Solubility, diffusivity and trapping of hydrogen in dilute alloys, deformed and amorphous metals. Acta Met 1982; 30(2): 1069-1078.

9. Fowler R.H., Smithels J.S., Proc. Roy. Soc, A160 (1937) 37.

10. Чизмаджев Ю.А., Маркин B.C., Чирков Ю.Г. Макрокинетика процессов в пористых средах. - М.: Наука, 1971. С.287-318.

Способ аккумулирования водорода, заключающийся в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды, отличающийся тем, что в качестве электродов используются металлокерамические никелевые электроды без активной массы, используемые в никель-кадмиевых аккумуляторах.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 10.
27.03.2014
№216.012.af21

Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродного войлока с использованием переменного асимметричного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления электродов химических источников тока, например для щелочных и кислотных аккумуляторов. Согласно изобретению углеродный войлок, обладающий электронной проводимостью, гальванически металлизируют в каком-либо...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510548
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.07.2014
№216.012.da15

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов переменным асимметричным током

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для сокращения времени формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов после их длительного хранения. Согласно предложенному изобретению зарядку аккумуляторов ведут переменным асимметричным током при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521607
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.09.2014
№216.012.f2a3

Способ восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов переменным асимметричным током

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, преобразующим химическую энергию в электрическую, и может найти применение при восстановлении никель-кадмиевых аккумуляторов, входящих в батареи, предназначенные для питания радиостанций, радиотелефонов и т.п. устройств....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527937
Дата охранного документа: 10.09.2014
20.01.2016
№216.013.a345

Способ аккумулирования водорода в ламельных электродах

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573439
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.01.2016
№216.013.a3ae

Способ аккумулирования водорода в металлокерамических электродах

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573544
Дата охранного документа: 20.01.2016
25.08.2017
№217.015.c1df

Способ создания никель-кадмиевых аккумуляторов с металлокерамическими электродами, не подверженных тепловому разгону

Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем. Изготовление никель-кадмиевых аккумуляторов с металлокерамическими электродами включает следующие стадии: изготовление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617687
Дата охранного документа: 26.04.2017
28.06.2018
№218.016.6887

Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током

Изобретение относится к области электротехники и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнический и электронных систем. Согласно изобретению в процессе технического обслуживания дополнительно выполняется режим циклирования аккумулятора,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658859
Дата охранного документа: 25.06.2018
05.07.2018
№218.016.6bca

Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах

Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем. Способ создания на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя, проницаемого для ионов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659797
Дата охранного документа: 04.07.2018
01.11.2018
№218.016.98d7

Способ извлечения водорода из металлогидридов

Изобретение относится к области водородной энергетики, а именно к способу извлечения водорода из металлогидридов. Способ заключается в извлечении водорода путем диффузии водорода из металлогидрида. При этом в качестве металлогидрида используют никель-кадмиевый аккумулятор с металлокерамическими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671322
Дата охранного документа: 30.10.2018
21.11.2018
№218.016.9f74

Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления электродов химических источников тока, например, для щелочных и кислотных аккумуляторов. Химический источник тока из углеродной ткани гальванически металлизируют в электролите переменным асимметричным током при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672854
Дата охранного документа: 20.11.2018
Показаны записи 81-90 из 207.
20.01.2014
№216.012.98b4

Способ диагностики индуктивных обмоток

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Сущность изобретения заключается в том, что вспомогательная трехфазная электрическая цепь содержит в первой фазе конденсатор с переменной величиной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504791
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.98ce

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны. Устройство содержит пять транзисторов, два резистора и источник тока, включенный между шиной питания и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504817
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.991d

Входной каскад быстродействующего операционного усилителя

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала за счет новых элементов связи. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя содержит первый (1) и второй (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504896
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.02.2014
№216.012.a01a

Прецизионный ограничитель спектра

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение влияния частоты единичного усиления используемых активных элементов на неравномерность АЧХ ограничителя спектра в полосе пропускания. Прецизионный ограничитель спектра содержит источник входного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506694
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.02.2014
№216.012.a01b

Логический элемент "исключающее или" с многозначным внутренним представлением сигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи информации. Техническим результатом является повышение быстродействия и создание элементной базы вычислительных устройств,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506695
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.02.2014
№216.012.a01c

Мажоритарный элемент с многозначным внутренним представлением сигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики. Техническим результатом является повышение быстродействия мажоритарного элемента. Мажоритарный элемент с многозначным внутренним представлением сигналов содержит первый (1), второй (2) и третий (3) коммутаторы квантов тока I с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506696
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3e8

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является повышение добротности амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя и его коэффициента усиления по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507675
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3e9

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. Техническим результатом является повышение добротности амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя и его коэффициента усиления по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507676
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.02.2014
№216.012.a742

Фотоэлектрическое устройство определения размеров и концентрации взвешенных частиц

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим устройствам контроля параметров дисперсных сред, и может найти применение при контроле запыленности газов и загрязнения жидкостей. Сущность изобретения: поток частиц освещают световым пучком и регистрируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508533
Дата охранного документа: 27.02.2014
10.03.2014
№216.012.aaab

Входной каскад быстродействующего операционного усилителя

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада операционного усилителя (ОУ) для дифференциального сигнала. Входной каскад ОУ содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509406
Дата охранного документа: 10.03.2014
+ добавить свой РИД