Энергосовет - энергосбережение и энергоэффективность
в Яndex
Главная >> Библиотека технических статей >> Экономия электрической энергии >> >>

Анонсы

17.11.17 Заседание Рабочей группы по синхронизации отраслевого и коммунального законодательства по вопросам начислений за ресурсы и коммунальные услуги подробнее >>>

13.11.17 Шорт-лист Премии WinAwards Russia/«Оконная компания года-2017»! подробнее >>>

13.11.17 Инновационные технологии обсудят на панельной дискуссии конгресса в Санкт-Петербурге подробнее >>>

Все анонсы портала

Новое на портале

13.11.17 Юбилейный 50-й выпуск журнала "ЭНЕРГОСОВЕТ" посвящен конференции "Теплоснабжение-2017. Функционирование в новых условиях" подробнее >>>

07.11.17 Страна поставлена "на счётчик" // видео подробнее >>>

02.11.17 Энергоэффективный капремонт: миф или реальность? // интервью подробнее >>>

20.10.17 На заседании в Правительстве РФ обсудили энергосбережение и повышение энергетической эффективности подробнее >>>

Все новости портала

Еще по теме Экономия электрической энергии

Cтраницы: 1 | 2 | следующая >>

Перспективы использования водорода в энергетике


Гаврилова Н.В., Начальник технологического бюро подготовки производства ОАО «Концерн Созвездие», Воронеж

Шалимов Ю.Н., Профессор Воронежского государственного технического университета

Харченко Е.Л., Аспирант кафедры оборудования и технологии сварочного производства Воронежского государственного технического университета

 В работе показаны основные проблемы и пути их решения в водородной энергетике. Дан сравнительный анализ различных методов определения содержания водорода в металлах и сплавах. Приводятся экспериментальные данные по определению водорода следующими методами: вольт-амперометрии, вакуумной экстракции и внутреннего трения. Показаны основные пути и направления по использованию водорода в энергетических установках.


Введение

Одной из важнейших задач развития водородной энергетики является способ хранения и транспортировки водорода. К настоящему времени освоена широкомасштабная промышленная реализация физических методов: газобаллонного и криогенного. Однако эти методы довольно неэффективны из-за больших энергозатрат на поддержание давления и температуры хранения водорода. Наиболее перспективным решением может быть металлгидридный способ. На сегодняшний день известно о свойствах около 2000 гидридов металлов и интерметаллических соединений [1]. Наиболее изученными являются гидриды платиновой группы, однако их использование в качестве накопителей водорода и катализаторов для топливных элементов приводит к нерентабельности развития экологически чистых источников энергии на основе водорода. Поэтому одной из проблем является подбор более дешевых металлов, способных накапливать водород в качестве гидридов. Другая проблема связана с изучением механизма наводороживания металлов в процессе получения гальванических покрытий и накопителей водорода. Во-первых, нет единого мнения о распределении водорода в металле при наводороживании. Во-вторых, при широком исследовании свойств гидридов различными методами, пока не существует единой системы классификации полученных результатов [1—17].

 Таким образом, перспективы использования водорода в энергетике, будут определяться разработкой методов исследования наводороживания металлов.

Традиционно наибольшее распространение получил метод вакуумной экстракции [2-4] по определению водорода в металле, однако его использование связано с некоторыми ограничениями по габаритам изделий. С другой стороны, в 1971 году было предложено [5] использовать температурную зависимость внутреннего трения для оценки степени поглощения водорода металлами, несмотря на более сложное аппаратурное оформление, этот метод позволяет оценить не только количество поглощаемого водорода, но и энергию связи Ме-Н.

Последнее время (1998-2004 гг.) в литературе появились сведения о возможности использования электрохимических методов [6, 7] определения степени наводороживания металлов, однако отсутствие экспериментальных данных по широкой апробации этого метода не позволяет сделать заключение о возможности его использования как альтернативного методу вакуумной экстракции и внутреннего трения. Рассмотрим более подробно аналитические возможности этих методов с оценкой применимости к различным металлическим структурам.


Метод вольтамперометрического определения наводороживания никеля

В настоящее время в работах исследователей [6, 7] был представлен вольтамперометрический метод определения водорода в металле, основанный на теории селективного растворения сплавов.

В дальнейшем нами была показана возможность применения электрохимического метода определения количества водорода, абсорбированного при катодной поляризации компактным никелем, никелем высокодисперсной природы и никелевыми пленками на графите.

Это исследование в начале было применено к компактному никелю. Наводороженный компактный никель Niº/H получали катодной поляризацией Niº в щелочном деаэрированном растворе при потенциале - 1.00 В (Здесь и далее потенциалы даны относительно стандартного водородного потенциала). Поляризация и измерения проводились на потенциостате П-5848.

Методом анодной поляризации [6-8] наво-дороживание никеля было охарактеризовано количественно. Сущность этого метода состоит в том, что между катодной и анодной поляризационными кривыми для никеля в щелочном растворе имеется достаточно протяженная область потенциалов от - 0,500 В до 0,500 В, при которых электрохимические реакции протекают с весьма малыми скоростями (рис. 1).



В этой области потенциалов можно было ожидать анодное окисление водорода, ранее сорбированного электродом при катодной поляризации. При снятии анодной поляризационной кривой на наводороженном никеле при потенциалах -0,430 ± 0,020 В наблюдается пик, связанный с окислением водорода (рис. 2).

 В работах [6-9] было показано, что водород в никеле образует гидрид Ni2H. При анодной поляризации концентрация водорода в поверхностных слоях снижается и возникает градиент концентрации, что вызывает нестационарную диффузию водорода к поверхности электрода. Возникающий диффузионный слой крайне специфичен: на границе поверхность - раствор электролита концентрация водорода будет практически равна нулю, а фронт диффузии, перемещающийся в глубину металла, имеет постоянную концентрацию, определяемую химическим составом гидрида никеля. При движении этого фронта толщина диффузионного слоя будет возрастать и массоперенос водорода, определяемый законом нестационарной диффузии, должен падать. Этому явлению отвечает снижение тока во времени при потенциале ионизации водорода (рис. 3а). Если рассмотренные условия дополнить постоянством коэффициента диффузии, то диффузионный поток водорода (анодный ток) должен подчиняться уравнению Котрелля [6, 7]:


Из наклона этой зависимости рассчитан коэффициент диффузии и эффективная толщина наводороженного слоя в никеле по [6-8], рассматривая процесс ионизации водорода из наводороженного никеля как селективное растворение водорода [6, 7].

Они равны (1 ± 0,1)*10-8см2/с и (2 ± 0,2)*10-4см соответственно. Коэффициент диффузии также определили из уравнения Рендлса-Шевчика [5]:

Хроновольтамперометрические измерения анодного окисления водорода позволили определить общее количество водорода, ионизирующееся из наводороженного никеля. Для этого с помощью программы MathCad 2000 Professional интегрированием находили площади криволинейных трапеций, под этими пиками. Пределы интегрирования от 10 до 2000 с соответствовали области растворения водорода при хроноамперометрии. В зависимости от времени катодной поляризации можно в никель Ni° ввести различное количество водорода от 10-7 до 10-5 моль/см2.

Скелетный никель Ренея Niº/Ni*/ H (Zn) получали из поверхностного Ni, Zn - сплава селективным растворением цинка в щелочи [7-12].

Таким образом, электрод Niº/Ni*/ H (Zn), полученный травлением интерметаллидов системы Ni - Zn в щелочи, после анодного потенцио-статического растворения остатков цинка и сорбированного водорода представляет собой электрод Niº/Ni*, который от компактного электрода Ni° отличается размером электрохимически активной поверхности.

Анодная   поляризация         электрода

Niº/Ni*/ H (Zn) в 2 М NaOH при потенциале -0,70 ± 0,02 В позволяет растворить остатки интерметаллидов цинка, но при этом мелкокристаллический никель на никелевой подложке останется наводороженным. Будем обозначать этот электрод так - Niº/Ni*, Н. Этот же электрод можно получить катодной поляризацией Niº/Ni* в щелочном растворе. Для того чтобы отличить его от предыдущего электрода, обозначим его как Ni°/Ni*/ H (Ik), то есть это наводороженный внешней катодной поляризацией мелкокристаллический никель на никелевой подложке. На рис. 4 приведены зависимости тока растворения водорода от потенциала.

 Анодные пики, соответствующие растворению водорода из электродов Ni°/Ni*/ H и Ni°/Ni*/ H (Ik) (кривая 1-2) располагаются при разных потенциалах. Максимум анодного растворения водорода из электрода Ni°/Ni*/ H (Ik) (кривая 2) находится при более отрицательном потенциале (- 0.550 ± 0.02 В), но это значение совпадает с потенциалом максимума анодного тока, соответствующего растворению водорода из наводороженного компактного никеля Ni°/H (кривая 3). Ионизация водорода при более положительных потенциалах для электрода Ni°/Ni*/ H, видимо, связана с тем, что наводо-роживание этого электрода происходит при выщелачивании цинка в течение 24 часов и за это время концентрация водорода в никеле значительно выше, чем в никеле, который на-водороживается в течение 2 часов.

Количество водорода, сорбированного этими электродами, весьма значительно различается, если его относить на единицу видимой поверхности.

Если учесть, что электрохимически активная поверхность электрода с мелкокристаллическим никелем Ni°/Ni* по отношению к соответствующей поверхности компактного никеля Ni° в 180 раз больше, то оказывается, что количество водорода, сорбированного на единицу поверхности компактного никеля, несколько выше, чем у никелевого электрода с развитой поверхностью. Это, видимо, связано с тем, что в последнем случае в процессе наводорожива-ния участвует не вся поверхность, так как доступ катодного тока в поры слоя мелкокристаллического никеля затруднен из-за омического сопротивления растворов в этих порах, а также из-за закрытия их пузырьками водорода.

Cтраницы: 1 | 2 | следующая >>

печатьраспечатать | скачать бесплатно Перспективы использования водорода в энергетике, Гаврилова Н.В., Шалимов Ю.Н., Харченко Е.Л.,, Источник: Журнал «Электротехнические комплексы и системы управления»,
www.v-itc.ru/electrotech

скачать архив архив.zip(242 кБт)


Rambler's Top100

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-66-26 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru - энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2017
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей

Регулятор отопления для зданий для устранения перетопов подробнее