Аккумулятор энергии с водородным циклом

Водородные аккумуляторы решают главную проблему зеленой энергии

В настоящее время в Германии построено более 20 таких опытных хранилищ в виде нескольких транспортных контейнеров с оборудованием для электролиза, баками для сжатого водорода и генераторами для обратного превращения водорода в электроэнергию. Водород – это экологически чистый и очень удобный способ сохранения излишков электричества, поскольку его можно использовать непосредственно для отопления, в топливных элементах и транспортных средствах.

До сих пор электролиз считался не очень эффективным способом трансформации энергии, ведь при этом процессе теряется до 65% исходной электроэнергии. Однако совершенствование технологий и широкомасштабное использование возобновляемых источников энергии понемногу меняют ситуацию. К тому же в ближайшем будущем на дороги выкатят первые водородные автомобили, например Toyota и Honda собираются начать продажу машин на водородном топливе уже в 2015 году. Таким образом, водородные хранилища могут служить также и заправочными станциями.

Пока водородные хранилища в сочетании с ветряками и солнечными панелями не могут конкурировать с дешевым природным газом. Однако при создании энергетической инфраструктуры с нуля новая технология может найти применение. Также в некоторых случаях строительство новой «зеленой» электростанции может оказаться выгоднее, чем модернизация газовой ТЭЦ.

Мощность ветряков сегодня достигла больших величин, например датский ветряк Vestas V164 выдает 8 МВт – этого достаточно для электроснабжения 7500 домохозяйств. На основе водородного электролизного хранилища и такого ветряка можно создать надежную автономную энергосистему, которая будет производить энергию и топливо из «бесплатного сырья»: ветра и воды.

Водородное хранилище компании Hydrogenics установлено вблизи города Фалькенхаген (Германия). Оно может утилизировать до 2 МВт электрической мощности

В настоящее время в Германии компания Siemens строит самую большую в мире электролизную станцию с протонообменной мембраной. Особенность системы – возможность работы при перепадах мощности, характерных для солнечных панелей и ветряков. После открытия в 2015 году установка сможет ежегодно вырабатывать 650 тонн «бесплатного» водорода — это энергетический эквивалент почти 2,4 млн литров бензина или около 40 тыс. полных баков легкового автомобиля. Для питания такого хранилища необходим парк ветряков или любых других альтернативных источников электроэнергии мощностью 40-50 МВт – это 6-7 ветряков Vestas V164 стоимостью по $10 млн каждый. Для сравнения, стоимость высокотехнологичной 75-МВт японской электростанции Sumitomo, работающей на биомассе (щепа дерева и т.п.), составляет почти $200 млн.

Источник

Никель-водородный аккумулятор — Nickel–hydrogen battery

220 Вт / кг Эффективность заряда / разряда 85% Долговечность цикла > 20000 циклов

Батареи никель-водородные (NIH ₂ или NiH ₂ ) представляет собой перезаряжаемый источник питания Электрохимический на основе никеля и водорода . Он отличается от никель-металлогидридной (NiMH) батареи тем, что в нем используется водород в газообразной форме, который хранится в герметичном элементе под давлением до 1200 фунтов на квадратный дюйм (82,7 бар ). Никель-водородный аккумулятор был запатентован 25 февраля 1971 года Александром Ильичем Клоссом и Борисом Иоселевичем Центером в США.

Элементы NiH _2, использующие 26% гидроксид калия (КОН) в качестве электролита , показали срок службы 15 лет или более при глубине разряда 80% (DOD). Плотность энергии составляет 75 Втч / кг , удельная мощность 60 Втч / дм 3 220 Вт / кг. Напряжения холостого хода составляет 1,55 В , среднее напряжение во время разряда составляет 1,25 В.

Хотя плотность энергии составляет лишь около одной трети от плотности литиевой батареи , отличительным достоинством никель-водородной батареи является ее долгий срок службы: элементы выдерживают более 20 000 циклов зарядки с энергоэффективностью 85% и 100% фарадеевской эффективностью .

Перезаряжаемые батареи NiH ₂ обладают свойствами, которые делают их привлекательными для хранения электроэнергии в спутниках и космических зондах . Например, МКС , Mercury Messenger , Mars Odyssey и Mars Global Surveyor оснащены никель-водородными батареями. Космический телескоп Хаббл , когда его оригинальные батареи были изменены в мае 2009 года более чем 19 лет после запуска, во главе с наибольшим количеством циклов зарядки и разрядки любого NiH ₂ батареи на низкой околоземной орбите .

СОДЕРЖАНИЕ

История

Разработка никель-водородной батареи началась в 1970 году на Comsat и впервые была использована в 1977 году на борту спутника навигационных технологий ВМС США -2 (NTS-2). В настоящее время основными производителями никель-водородных аккумуляторов являются Eagle-Picher Technologies и Johnson Controls, Inc.

Характеристики

Никель-водородная батарея сочетает в себе положительный никелевый электрод никель-кадмиевой батареи и отрицательный электрод топливного элемента , включая катализатор и газодиффузионные элементы . Во время разряда водород, содержащийся в сосуде высокого давления, окисляется до воды, в то время как электрод с оксигидроксидом никеля восстанавливается до гидроксида никеля. Вода потребляется на никелевом электроде и образуется на водородном электроде, поэтому концентрация электролита гидроксида калия не изменяется. По мере разряда аккумулятора давление водорода падает, обеспечивая надежный индикатор состояния заряда. В одной батарее спутниковой связи давление при полной зарядке составляло более 500 фунтов / квадратный дюйм (3,4 МПа), а при полном разряде снижалось до 15 фунтов на квадратный дюйм (0,1 МПа).

Если ячейка чрезмерно заряжена, кислород, образующийся на никелевом электроде, вступает в реакцию с водородом, присутствующим в ячейке, и образует воду; как следствие, элементы могут выдерживать перезарядку до тех пор, пока выделяемое тепло может рассеиваться.

Недостатком элементов является относительно высокая скорость саморазряда, т.е. химическое восстановление Ni (III) до Ni (II) на катоде:

Ni(OH)2.>>>»> NiOOH + 1 2 ЧАС 2 ↽ — — ⇀ Ni ( ОЙ ) 2 ⋅ <\ displaystyle <\ ce >> Ni (OH) 2.>>>»>

которое пропорционально давлению водорода в ячейке; в некоторых конструкциях 50% емкости может быть потеряно уже через несколько дней хранения. Саморазряд меньше при более низкой температуре.

По сравнению с другими перезаряжаемыми батареями, никель-водородная батарея обеспечивает хорошую удельную энергию 55-60 ватт-часов / кг, а также очень длительный срок службы (40 000 циклов при 40% DOD) и срок службы (> 15 лет) в спутниковых приложениях. Элементы могут выдерживать перезарядку и случайное изменение полярности, а давление водорода в элементе является хорошим индикатором состояния заряда. Однако газообразная природа водорода означает, что объемный КПД относительно низок (60-100 Вт · ч / л для ячейки IPV (индивидуальный сосуд высокого давления)), а высокое давление, необходимое для изготовления сосудов высокого давления, является дорогостоящим.

Положительный электрод состоит из спеченной пористой никелевой пластины, содержащей гидроксид никеля . В отрицательном водородном электроде используется платиновый черный катализатор на тефлоновой связке при загрузке 7 мг / см2, а сепаратор представляет собой трикотажную ткань из диоксида циркония (ZYK-15 Zircar).

Сменные батареи Хаббла производятся методом мокрой суспензии, при котором связующий агент и порошкообразные металлические материалы формуются и нагреваются до кипения жидкости.

Источник

Водородные аккумуляторы- это возможно .

Практическое применение металлогидридных накопителей водорода

Перестраивать систему энергоснабжения частного дома на альтернативные рельсы, процесс долгий и требующий серьёзных первоначальных вложений. Но вот использовать энергоёмкость водорода в мелких масштабах, может позволить себе почти каждый. Тем более что для этого есть уже протестированные решения.

Обоснование мобильной энергонезависимости

Если у человека всё в порядке с головой, и ему дорого физическое и психологическое здоровье, то он просто обязан с некоторой регулярностью, «вываливаться» из лона цивилизации. Причём продолжительность такого отрыва должна быть не двух-трёх часовая, а как минимум в течении 2-3 суток, без этого не наступит стойкого эффекта оздоровления.

Если у человека всё в порядке с головой, и ему дорого физическое и психологическое здоровье, то он просто обязан с некоторой регулярностью, «вываливаться» из лона цивилизации. Причём продолжительность такого отрыва должна быть не двух-трёх часовая, а как минимум в течении 2-3 суток, без этого не наступит стойкого эффекта оздоровления.

⇐ Ставте ЛАЙК. Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Таких людей можно назвать туристами. А они бывают двух типов:

• Цивилизованные туристы. Представители этой когорты покупают путёвку в какой-нибудь отель с сервисом «он инклюзив», садятся на самолёт и летят «открывать неизведанные страны».

Это настолько ущербный вариант туризма, и его можно сравнить разве что с тем, как российское правительство заботиться о своих гражданах через повышение пенсионного возраста. К рассмотрению этот вариант даже не принимается.

• Традиционные туристы. Это небольшой остаток людей, которые обитают в замшелых ментальных категориях прошлого тысячелетия. Внутри этой группы есть небольшое деление. Самые ленивые из них, едут на дачу где и проводят свои выходные. А более дерзкие, нагружают рюкзаки провиантом, прихватывают удочки, средства обустройства бивуака, и в такой комплектации едут на природу, стирать белые пятна с глобуса. Или хотя бы с карты близлежащей местности.

Вот именно для настоящих туристов предназначены эти новаторские разработки. К этой же категории смело можно отнести всяких лесников, охотников, рыбаков, грибников и даже ботаников изучающих остатки, некогда бескрайних лесов России. Уходят такие люди на природу, и «отрываются» от сетевой электроэнергии на 1-2 недели. А ведь полностью вычеркнуть из своего быта даже осветительные приборы, не то что сложно, а скорее нерационально! Да и какие-то мобильные гаджеты требуется подзаряжать с завидной регулярностью, например:

• Навигатор;
• Рации типа «Уоки-Токи»;
• Фонари;
• Электронные книги;
• MP3-плееры и пр.

Вот для всей этой техники и нужны накопители водорода, как аккумуляторы энергии.

Выбор между генерацией и аккумуляцией

Это уже концептуальный вопрос – что лучше: генерировать или использовать накопитель?

С одной стороны, для генерации электричества из альтернативного источника, потребуются соответствующие условия: яркий солнечный день или свежий ветер. Опять же, Солнце светит днём, а электроэнергия по большей части нужна ночью, т.е. кроме генерации, её всё равно надо будет запасти в какой-то Power Bank. Плюс солнечные панели (или ветрогенератор) довольно объёмные устройства, требующие особенной аккуратности в обращении.

Обычный Power Bank совсем не так прост, ведь его энергоёмкость тоже ограничена. Например, выезжая на рыбалку, можно прихватить с собой Повер Банк ёмкостью 20 мАч, с выходом USB и фонариком. Но в реальности, фактическая ёмкость будет гораздо ниже заявленной. Так, очень достойный Power Bank HARPER PB-20000 Grey, вместо 20 тысяч мАч, отдаёт всего 14000 мАч. Производитель декларирует, что максимальная энергоёмкость 27 Вт. Масса устройства 450 гр.

Генераторы на топливных ячейках тоже состоят из двух элементов, это само устройство, и накопители водорода. Но у водорода гораздо большая энергоёмкость, поэтому в реальной практике с такими устройствами будет комфортабельнее находится на природе.

Мобильный водородный топливный генератор

Китайская фирма Horizon уже несколько лет небольшими партиями выпускает на рынок своеобразный PowerBank на водородных топливных элементах, попутно обеспечивая все оборудование по полному циклу оказания услуг, т.е., среди продукции компании, есть:

• Генератор водорода – HYDROFILL;
• Накопитель водорода – HYDROSTIK;
• Мобильное зарядное устройство – MINIPAK.

Есть даже набор по типу «Сделай сам». Хотя он предназначен для студенческих опытов и экспериментов, из него получается очень удобный водородный Power Bank.

В чём преимущество водородного Power Bank на топливных элементах

Баллон для хранения водорода HYDROSTIK, при размерах ≈ 2 х 9 см и массе 90 гр, запасает 10 литров водорода. Этого объёма газа хватает чтобы топливные элементы MINIPAK выработали 14 Вт энергии. При условном сравнении, это аналогично 12 пальчиковым батарейка АА. А два таких баллончика уже равны по энергоёмкости Power Bank HARPER PB-20000 Grey. Кстати очень неплохой накопитель, и от него можно даже подзаряжать ноутбук. Но весит он 450 гр, а водородный зарядник MINIPAK всего 120 гр, плюс 2 баллончика HYDROSTIK по 90 гр, в сумме получается 300 гр.

Сами накопители водорода стоят 39 долларов, и их можно прихватить целую дюжину, суммарная масса мобильного энергокомплекта всего 90 х 12 + 120 = 1,2 кг, а энергии в них будет 14 х 12 = 168 Вт.

6 обычных повербанков на литиевых аккумуляторах займут гораздо больший объём, и весить будут 450 х 6 = 2,7 кг, но сохранят только 164 Вт энергии (заявлено производителем).

А в походе чувствуется каждый килограмм!

Цена вопроса

Эта китайская фирма работает только с оптовыми заказчиками под расхваленное устройство. В зависимости от партии, будет и цена. Но зато у них всегда есть комплекты для самостоятельной сборки «Собери своими руками», с подробнейшей инструкцией. Они позиционируют эти товары как учебные, для студентов и школьников, для домашнего обучения. Может это даёт преимущество в налогообложении?

Однако собрать подобный комплект можно из крупных узлов:

Обратите внимание, что:

• в наборе указано 10 накопителей, суммарным объёмом 100 литров водорода;
• максимальная мощность топливного элемента 12 Вт, напряжение 6 вольт;
• расход газа при максимальной мощности 180 мл/мин, при уменьшении мощности, расход водорода снижается;
• корпус топливного элемента можно подобрать в каталоге или заказать индивидуально;
• генератор водорода потребляет 25 Вт в час, и подключается к любому источнику энергии через адаптер (хоть к розетке в квартире, хоть к ветрогенератору или солнечным панелям), производительность устройства 3 л/ч.

В общем удовольствие не из дешёвых, но ведь есть чудаки, которые катаясь на скромных автомобилях, устанавливают туда фантастически дорогую акустику! Так может и среди туристов подобные уникумы встречаются.

Ставте ЛАЙК Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Источник