Аккумуляторы Водорода
АККУМУЛЯТОРЫ ВОДОРОДА, химические вещества, способные многократно обратимо поглощать водород путём адсорбции, абсорбции или химического взаимодействия. Используются главным образом аккумуляторы водорода на основе гидридов металлов. Принцип их работы основан на поглощении газообразного водорода некоторыми металлами (Mg, РЗЭ, Ti, Zr, V), их сплавами и интерметаллическими соединениями с образованием гидридных фаз внедрения (смотри в статье Интерметаллиды). Большая часть водорода выделяется из гидридов металлов при постоянном давлении, зависящем только от температуры. Поскольку водород в гидридах находится в атомарном виде, его объёмное содержание превышает таковое для сжатого и даже жидкого водорода.
Различают низко- и высокотемпературные гидридные аккумуляторы водорода. Зарядка первых требует применения повышенных давлений (1-5 МПа), выделение из них водорода при комнатной температуре происходит самопроизвольно. Высокотемпературные аккумуляторы водорода могут быть заряжены при атмосферном давлении водорода, но его извлечение требует использования нагревательных устройств. В таблице приведены свойства базовых металлогидридов.
Реклама
|
Таблица. Свойства гидридов металлов |
|||
|
Соединение |
Содержание водорода,% по массе |
Объёмное содержание водорода, м3 |
Температура выделения водорода при 0,1 МПа, К |
|
Н2 (жидкий) |
100 |
780 |
20 |
|
TiH2 |
4,0 |
1680 |
916 |
|
VH2 |
3,7 |
1929 |
286 |
|
LaNi5H6,5 |
1,5 |
1130 |
28 |
|
TiFeH2 |
1,8 |
1120 |
255 |
|
ΤiΜn1,5 H2,5 |
1,9 |
1080 |
248 |
|
ZrCr2H4 |
2,0 |
1300 |
500 |
|
Mg2NiH4 |
3,8 |
1100 |
523 |
Каждый из приведённых в таблице базовых металлогидридов является основой для многокомпонентных аккумуляторов водорода. Модификация базовых аккумуляторов водорода производится с целью их удешевления, оптимизации свойств (кинетика образования-разложения, термодинамические характеристики, стабильность в работе, механическая и химическая стойкость и прочее) для конкретного практического применения. При гидрировании плотные металлические материалы превращаются в мелкодисперсные порошки, неудобные в технологическом отношении. Поэтому гидриды металлов обычно подвергают компактированию, используя в качестве связующих пластичные металлы (Ni, Си) или полимерные материалы.
Гидридные аккумуляторы водорода применяют для очистки водорода и разделения его изотопов, в качестве водородных компрессоров, источников водорода в научной практике, а также в топливных элементах и автомобильных двигателях, в системах аккумулирования и преобразования энергии (например, электрохимических аккумуляторах, тепловых насосах), в ряде других областей науки и техники.
Согласно теоретическим расчётам, около 6% по массе водорода могут адсорбировать углеродные наноматериалы (фуллерены, нанотрубки, графитовые волокна); однако пока они недостаточно исследованы экспериментально.
Лит.: Висволл Р. Хранение водорода в металлах // Водород в металлах. М., 1981. Т. 2; Андриевский Р. А. Материаловедение гидридов. М., 1986; Раков Э. Г. Химия и применение углеродных нанотрубок // Успехи химии. 2001. № 10.
А. Л. Шилов.