1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Относительно малая зависимость скорости поглощения от температуры и давления свидетельствует о малой энергии активации этого процесса, Нужно отметить, что десорбция водорода пр роисходпт с некоторым гистерезисом ( = ), уменьшающимся по мере увеличения числа (Рдес- Раас), циклов т процесса абсорбция — десорбппя, Абсорбционная емкость интерметаллида (.аМа с понижением температуры заметно возрастает при практически менной скорости абсорбции.
На рис, 6.7 приведена ва- м ат ы п и висимость состава гидрида (.аМаН, от температур р различных давлениях. При давлении водорода в реакторе :ъ 5 МПа эта зависимость вплоть до температур 370— р а- 390 К носит близкий к линейному характер. При давлен вл нии 2 МПа линейность сохраняется на участке до 330 — 3 К, 30 — 340 К при давлении 1 МПа — на участке до 300 — 310 К. При более низких температурах нзобары этой зависимости отличаются несущественно, что позволяет с приемлемой достоверностью провести ее экстраполяцню в область низких Температур н оценить тем самым максимально достижимую 165 абсорбционную емкость интерметаллида ) аН!б. На рис, 6.7 видно, что эта емкость не может существенно превышать 8 — 9 атомов водорода на «молекулу» 1а%б.
Приабсорбции водорода предварительно активированным порошком ) а%б экспериментально удалось получить гидриды составов 1а%ьНт,в (7=263 К), Ба%бН,б (243 К) и 1.а%1Нв (233 К). Давления диссоциации, соответствующие равновесиям при этих темпедгм!!ц ратурах, близки соответствен- но к 0,05; 0,0!5 и 0,001 МПа. 1,0 Несмотря на относительно 2 небольшой тепловой эффект взаимодействия водорода с 7 Ба%а (около 30 кДжХ Хбяол — ' Нр), быстрая абсорб! ! ция водорода может приводить О,О1 к самопроизвольному разогре' о оо йо !о к ванию образца на 3 — 5 граду- сов. На абсорбционную способРис. 6.8. Изотермы абсорбции ность 1аК!1б практически не водорода сплавом ГеТ1; оказывает влияния наличие за к ' ' ' в водороде химически инерт- ных по отношению к ! а%б примесей, например азота и метана.
Кислород и водяные пары медленно окисляют этот интерметаллид, постепенно снижая его абсорбционную способность, однако скорость этого окисления становится заметной лишь при температурах вып!е 320 К. Введение в 1а%б добавок других металлов, замещающих Еа или чя11, принципиально не изменяет абсорбциоиной емкости инте!рметаллида. Близкими эксплуатационными характеристиками обладает гидрид Т!РеНв, образующийся при абсорбции водорода интерметаллидом ТяРе. Массовое содержание водорода в Т!Ре составляет 1,8% (объемное соответственно 0,1 гХ Хсм в). Десорбция водорода в этом случае проходит две стадии с промежуточным образованием моногидрида ТяРеН, давление двссоциации которого при 298 К состав-. ляет около 0,5 МПа (рис.
6.8). Существенным преимуществом интерметаллида Т!Ре, если рассматривать его в качестве рабочего вещества для создания аккумулятора водорода массового потребления, является его относительно низкая стоимость. Модифпцированньяе интерметаллиды на основе 1а%, и Т!Ре, судя по опубликованным данным, являются наи- 186 Таблица 6.6. Основные аксвлуатационные характеристики различных интермсталлидов П!ю пол кительиисть щюцессв ар!ваше.
нни, ч Продал и нтелыюсть ирацесси рввлоыении, ч Ревкцнаннви сиосаб. ность, лн,.кг' Рввиовесное дввлеине, МПв двилевие активации, мгь Соединение !силва! г,к 0,5 160 !50 1ЗО !20 0,20 0,75 1,20 1,70 0,5 — 4,0 О,! 0,4 — 0,5 0,5 — 1,00 4 О,! — 0,2 О,! — 0,2 0,2 — 0,4 0,1 — 0,3 4 4 4 О,З вЂ” 0,6 0,2 — 0,4 0,2 — 0,3 О,! 0,5 1,0 РеТ1 !50 †2 1 — 4 0,4 — 0,5 О,го — О,!5 1,0 — 1,4 0,1 1 — 4 0,4 — 0,5 670 †7 ггбовСн 0,10 — 0,15 о,! 1,0 — 1, Денные не сиубликаввиы. более приемлемыми материалами для созданиянизкотемпературных (290 — 300 К) аккумуляторов водорода. Некоторые технические характеристики различных интерметаллидов приведены в табл.
6.6 по данныи [113, 114), Влияние модифицированпя двух основных интерметаллидов ).аХ!б и ТяРе на их эксплуатационные характеристики как аккумуляторов водорода активно изучается в последнее время (см,, напримсяр, !1151). В табл. 6.7 показано снижение необходимого давления процесса абсорбции и Тв блица 6.7. Давление абсорбции и десорбции водорода ври 298 К дли модифицированных интерметаллидов класса Еакцв Ннтерметвллид Дввление десорбцнн, МПл Дивление васа!бнин, МПв О, 160 0,150 0,155 0,250 0,2!О 0,205 1ны!в Ьнкц Сц, ВВ 0.1 187 ьа!и!т Енм!в ьае.Вота,1!Ч!В 1лв)Ч1,Сц Ен„,вСсе 1!Ч!в 1ао,еСео,в!Ч!ь 1,0 — 1,2 1,0 — 1,2 5 — 6 5 — 6 5 — 6 5 — 6 0,25 0,5 1,0 0,35 0,9 140 45 165 160 175 182 аО1 ' О О,О 1,О 1,О л значения гистерезиса при введении в интерметаллид (.ай!о добавок меди и титана (по данным !115!).
На ис. 6.9 р .. показано снижение равновесного давления десорбции водо о а п р да при легировании интерметаллида е бериллием [116). Выбор веществ для создания аккумуляторов водо!рода, работающих в интервале температур 350 — 650 К, значительно более широк. Ими могут быть, ыть, например, гидриды интерметаллцдов типа Р,МПа нг АВМ где А — редкозе- 10 мсльцыц металл, а 1!в о ге, Со цлц % и прежде ! всего наиболее изученные > ЬсгеНз,о, Бс%гНод и 1 I 1 СеСоН,, которые по со- I l держанию водорода на 1 1 кг гцдрида находятся на уровне Т!геНг, но суО1; г щественно превосходят его по эксплуатационным качествам, поскольку хра- нение водорода, аккумулированного в этих гидридах, не требует примеРяс. 6,9. Изотермы деоорапяп водо- пиния контейнерпв, расдода для сплава т>ро (кряяля 1) и считанных на избыточное сплава т1ро,лпеол (крпяме г — о): давление 0,5 — 1,0 МПа л — Зоо к > — г>з к; г — гм к; л — згз к; л — зло к; при температурах, близ- ких к температуре окру.
отнесен г жаюшей среды. К этой же группе материалов может о се ыть есен гидрид Мдг%Нм массовое содержание водорода вооо в котором достигает З,бл(о, однако кинетцка поглощен о . пя д рода интерметаллидом Мог% при низких температурах и давлениях водорода О,! — 1,0 МПа несколько хуже, чем другими соединениями, рассмотренными выше. П ринципиальное преимущество хранения водорода в нли ' е контейнере с гидрцдамц цнтерметаллцдов типа 1.а%, Н и Т!геНг по сравнению с хранением в газовых баллонах иллюстрирует следующая оценка: стандартный металлический баллон, содержащий около 0,5 кг водорода, имеет массу около 85 кг прц объеме 40 — 45 л, а соответствуюгццй контейнер с гцдридом — около 45 кг (в том числе масса гидрида — около 35 кг) прц объеме 13 — 14 л, Дополнительные преимущества связаны с тем, что для зарядки контейнера, содержащего интпрметаллид, требуется компрессор на 188 более низкие давления, контейнеру может быть придана произвольная, удобная в данном конкретном случае форма.
При эксплуатации устройства, содержащего водогрод в аккумулированном состоянии, не нужны специальные меры предосторо>кности, так как при разгерметизации контейнера произойдет лишь медленное разложение гидрида с частичным окислением образующегося интерметаллического соединения. Создание систем х1раненця водорода на основе гидридов ИМС связано с решением ряда сложных научных и инженерно-технических задач. В процессах гидрирования-дегидрирования объем сплавов существенно изменяется (на 20— 30о(о), в связи с чем система хранения должна предусматривать возможность расширения засыпки б>ез разрушения илц деформации контейнера. Активц!рованный сплав обычно является мелкодисперсным порошком с размерами частиц в несколько микрометров, в связи с чем в процессе работы контейнера для хранения водорода может происходить флюидизация засыпки и вынос частиц из нее. Для предотвращения этих нежелательных эффектов применяются тонкие филь>>ры, пористые трубы, капсулирование, создание композитных материалов из частиц интерметаллида, заключенных в матрицу из металлов илп других материалов, и т.
д. Процессы сорбцци и десорбции водорода сопровождаются заметными тепловыми эффектами (25 — 50 кДж моль 'Н,), что требует создания эффективного теплообмениика для обеспечения процессов зарядки системы хранения и выдачи водорода из нее !1!81. Исключительно низкая теплопроводность засыпки !0,6 в 1,9 ВтХ Х (м К) †'~ вызывает серьезные т>рудностц при создании эффективных теплообменников для контейнера. В настоящее время созданы экспериментальные образцы стационарных хранилищ водорода с использованием гидридов ИМС различных типов и контейнеры для транспортных установок.
Характеристики некоторых экспцриментальиых стационарных систем приведены в табл. 6.8. Этц системы созданы для работы с автономными источниками энергии в составе автономных эиергоустановок и в качестве основного элемента систем хранения энергии при солнечном энергообеспечении жилища. В настоящее время недостаточно данных для анализа экономической эффективности крупных стационарных систем хранения водо>рода с использованием гидридов ИМС. Стоимость сплавов ИМС по зарубежным данным составляет для сплавов на основе геТ1, Миг%, МдгСц, Са%о 189 Т Ф' о»' с о сч о «с ел ло О «г йй Ю До хо аз ос аз Ы ль хаа Рл я хм 1! 6 л 1! о л ч х Г х х 11 5 ;.ш х хах ох хо л' "7< л 11 о а х ох а» Я о ь' х Ф х х а х хм о х -ул 8 ! о а х м ох йо о е сд х а х х х ьа х х а х *хх а х а х р.
~, ла о х О., а ах оо "н , лл ш г л а ад х о хх а. В = о лхсч ю о— 19! вч о ы о х х й! х х х х а хаз хм хш Э й х х х а, х лч х х хо О а х х лл 190 около 20 — 25 долл. США (по ценам 1982 г.) за 1 кг сплава, для сплавов на основе Еа%з — около 40 — 50 долл. США за 1 кг (по ценам 1982 г.) прн партвп 50 — 250 кг. Прн крупномасштабном производстве этих сплавов нх стоимость, естественно, будет снижаться, Напболее эффективно нспользование систем хранения на основе гндрндов ИМС в транспортных установках, где решающее значение прнобретают габарптные н массовые характернстнкв систем храненпя водорода, В настоящее время исследования н разработки систем хранения водорода на основе гндрндов ИМС интенсивно развиваются во многих странах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
