Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследования, разработки и создание новых технологий и систем безопасного хранения водорода в твердофазном связанном состоянии на основе обратимых металлогидридов и композитных наноструктурных материалов.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.447.12.5001
Организация
ИВТ РАН

Разработка технологий, создание материалов, обратимо поглощающих водород в количествах 3-4 вес. Процент при температурах 20-100 С и не менее 8 вес. Процент при температурах до 400 С. Создание систем аккумулирования водорода емкостью 10 нм3 с его очисткой производительностью до 3 нм3/час и проведение их комплексных испытаний, разработка конструкторской документации на основные элементы интегрированных систем аккумулирования и очистки водорода, изготовление и испытания их экспериментальных образцов.

Этапы проекта

1
01.07.2005 - 30.09.2005
2
01.10.2005 - 08.12.2005
В ходе выполненных работ
• Создана концепция автономной системы энергообеспечения, состоящей из блока топливообеспечения – интегрированной системы твердофазного хранения и очистки водорода (СТХиОВ) и твердополимерного топливного элемента;
• Разработана математическая модель процессов в реакторах твердофазного хранения водорода, позволяющая проводить расчетную оптимизацию конструктивных решений, выполнены расчеты для трех типов конструкции. Наибольший эффект и увеличение скорости перезарядки реакторов достигается при использовании модели типа «Трубная доска»;
• Разработанная математическая модель позволяет производить исследовать процессы тепломассообмена в ходе сорбции и десорбции водорода в СТХиОВ, в том числе содержащего примеси. На основании проведенных расчетов выработаны рекомендации и требования к разрабатываемой системе, предложено использование режима короткоцикловой адсорбции при очистке водорода.
• Создана экспериментальная модель металлогидридного реактора производительностью до 5 нм3/ч при заправке 10 кг низкотемпературных (Т<100оС) водород-аккумулирующих материалов;
• Разработана схема сопряжения элементов интегрированной системы твердофазного хранения и очистки водорода (Рис. 4), созданы основные элементы создание основных элементов экспериментальной интегрированной системы хранения и очистки водорода, создана эскизная документация на интегрированную СТХиОВ;
• Проведены патентные исследования по теме «металлогидридные реакторы и системы хранения водорода». Составлена база по существующим зарубежным патентам и патентным заявкам, позволяющая обеспечить патентную чистоту разрабатываемых изделий и технологий;
• Проведены разработки методов и средств сравнительного анализа физико-химических свойств новых материалов;
• Проведены разработки низкотемпературных (Т<100оС) водородопоглощающих материалов: Mm0.8La0.2Ni4.1Fe0.8Al0.1; сплавов типа Ti-Y-Mn и Ti(Y)-Mn-Cu; гидридных фаз структурного типа CaCu5: ИМС LaNi5-yTy., ИМС MmNi5-yTy, ИМС La1-xMmxNi5; гидридов ванадия. Исследованы их свойства.
• Проведены разработки высокотемпературных (Т<400оС) водородопоглощающих материалов на основе механоактивированного Mg, исследованы их свойства.
• Проведены исследования методов защиты водородопоглощающих материалов от отравляющих поверхность примесей. Разработана методика микроплакирования частиц поглощающих сплавов методом магнетронного ионного напыления.
Развернуть
3
01.01.2006 - 15.09.2006
1. Гидрид магния приготовлен прямым гидрированием при высоких давлениях (80 атм) и температурах (до 4000С) водорода. Показано, что при таком гидрировании оптимальный размер зерен порошка магния составляет 30-60 мкм.
2. Скорость формирования гидрида магния при механоактивации при комнатной температуре возрастает примерно в 2 раза при увеличении давления водорода от 1 до 15 бар. Эффект ускорения наблюдается как для чистого порошка Mg так и для смеси Mg с катализатором.
3. Выявлена роль примесей материалов измельчительного оборудования. Показано, что при наличии активного катализатора влияние таких примесей на скорость гидрирования незначительно. В отсутствие катализатора роль примесей усиливается, причем примеси Fe (стальные ступки) положительно влияют на процесс формирования MgH2, а примеси меди (бронзовые ступки) – отрицательно.
4. Показано, что высокая скорость поглощения водорода сплавами на основе магния, приготовленными механоактивацией в атмосфере водорода, определяется особым состоянием дефектного слоя на поверхности частиц Mg. В экспериментах по ЯМР обнаружено формирование парамагнитных центров, которые, по-видимому, представляют собой оборванные химические связи на дефектной поверхности магния и могут являться активными центрами катализа диссоциации молекулярного водорода.
Развернуть
4
16.09.2006 - 30.11.2006
Выполнен комплекс экспериментальных, теоретических и конструкторских работ, Создана интегрированная экспериментальная система аккумулирования водорода для систем топливообеспечения ТПТЭ мощностью до 5 кВт(э), емкостью 1.5 кг Н2, способная производить очистку водорода до 99,99%, с производительностью реакторов хранения и очистки водорода более до 300 г/ч (~3 нм3/ч). На базе лаборатории №01 ИВТ РАН создан, налажен и запущен в эксплуатацию и запуск комплексноый экспериментальный стенд, включающий экспериментальную систему аккумулирования и твердополимерный топливный элемент мощностью 5 кВт(э). Разработаны методы расчета процессов тепломассопереноса в системах твердофазного хранения водорода. Проведены теоретические и экспериментальные исследования сорбции и десорбции водорода, исследования влияния различных факторов, в том числе наличия в водороде примесей, изучены системные и синергетические эффекты совместной работы системы очистки и хранения водорода и топливного элемента, проведена расчетная оптимизация конструкции реакторов. Проведены поисковые исследования и разработки. новых водородопоглощающих материалов. Достигнута водородная емкость экспериментальных образцов: до 3.5% масс. для низкотемпературных (рабочие температуры < 100 оС) сплавов ОЦК-типа на основе ванадия и до 7.17 вес.% для механоактивированных сплавов на основе магния, гидрированных при 250С, 10 бар Н2. Созданы экспериментальных партии водородопоглощающих материалов для использования в интегрированной системе хранения и очистки водорода. Разработана конструкция элементов интегрированной системы хранения и очистки водорода для использования в энергоустановках на базе ТЭ мощностью до 10 кВт (э), созданы и испытаны экспериментальные образцы.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

2.2 Проведение опытно-конструкторских, технологических и экспериментальных разработок по приоритетным направлениям развития научно-технической сферы (в том числе на долевой основе с хозяйствующими субъектами)
Продолжительность работ
2009 - 2010, 15 мес.
Бюджетные средства
3,7 млн
Организация
ОИВТ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Организация
ФГБОУ ВО "ВГУ"
профинансировано
Тема
Исследования, разработки и создание новых технологий и систем безопасного хранения водорода в твердофазном связанном состоянии на основе обратимых металлогидридов и композитных наноструктурных материалов.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание научно-технического задела по технологиям безопасного хранения и очистки водорода на основе обратимых твердофазных аккумулирующих сред.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка многофункциональной системы твердофазного обратимого хранения водорода с участием научных организаций Швейцарии.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 16 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка методов синтеза высокоэффективных композиционных мембранных элементов для глубокой очистки водорода.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка научно-технических решений по созданию обратимых топливных элементов с твердым полимерным и твердым оксидным электролитом, создание и испытание лабораторных образцов модулей обратимых топливных элементов мощностью 0,5 кВт
Продолжительность работ
2008 - 2009, 17 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
2