alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.19-21.062-071alternative-1452Research ArticleВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКАHYDROGEN ECONOMYВОДОРОДНЫЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВHYDROGEN POWER PLANTS FOR AIRCRAFTШалимовЮ. Н.ShalimovYu. N.

Шалимов Юрий Николаевич - доктор технических наук, профессор, эксперт в области водородной энергетики.

Награды: Медаль за освоение целинных и залежных земель (1956 г.); Медаль ветерана труда (1985 г.).

Образование: Воронежский политехнический институт (1964 г.).

Область научных интересов: теплофизика и теплофизические процессы; водородная и альтернативная энергетика; энергосберегающие технологии; завершенные циклы переработки отходов промышленных и сельскохозяйственных производств; инновационные технологии в научных исследованиях.

Публикации: более 500, включая 2 монографии, 10 учебно-методических пособий, 25 патентов.

h-index 7.

д. 14, Московский пр-т, Воронеж, 394026.

Yury Shalimov - D. Sc. in Engineering, Professor, Chief Researcher, the Laboratory for Innovative Design and High Technology at the Aircraft Engineering Department of Voronezh State Technical University.

Education: Voronezh Polytechnic Institute, 1964.

Research interests: thermophysics and thermophysical processes; hydrogen and alternative energy; energy saving technologies; completed recycling cycles of industrial and agricultural production; innovative technologies in researches.

Publications: more than 500, including  2 monographs, 10 teaching aids, 25 patents.

14 Moskovsky Av., Voronezh, 394026.

shalimov_yn@mail.ruАстаховА. В.AstakhovA. V.

Астахов Александр Викторович - соискатель ученой степени кандидат технических наук, старший инженер-испытатель, Войсковая часть 15650.

Награды: медаль Министерства обороны Российской Федерации «За достижения в области развития инновационных технологий». 

Образование: Иркутский военный авиационный инженерный институт (ИВАИИ, 2003 г.); Российская академия народного хозяйства и госслужбы при Президенте РФ (РАНХиГС при Президенте РФ, 2016 г.).

Область научных интересов: испытание агрегатов летательных аппаратов.

д. 14, Колымажный переулок, Москва, 119019.

Alexander Astakhov - Postgraduate, Senior Test Engineer GLITS them. V.P. Chkalov.

Education: Irkutsk Military Aviation Engineering Institute (IVAII, 2003); Russian Academy of National Economy and Public Administration under the President of the Russian Federation (RANEPA under the President of the Russian Federation, 2016).

Research interests: testing of aircraft units.

14 Kolymazhnyy Lane, Moscow, 119019.

Tel.: +7 (495) 696-12-32.

astah184@mail.ruБрысенковаН. В.BrysenkovaN. V.

Брысенкова Наталья Викторовна - начальник отдела экологической безопасности и охраны труда.

Образование: магистратура химического факультета, Воронежский государственный университет (2006 г.).

Область научных интересов: водородная энергетика; накопители водорода.

Публикации: 13.

д. 14, ул. Плехановская, Воронеж, 394018.

Natalia Brysenkova - Head of the Department of Environmental Safety and Labor Protection.

Education: Master's Degree in Chemistry, Voronezh State University.

Research interests: hydrogen energy; hydrogen storage.

Publications: 13.

14 Plekhanovskaya St., Voronezh, 394018.

ng_v@mail.ruРуссуА. В.RussuA. V.

Руссу Александр Викторович - инженер-исследователь научно-исследовательского сектора кафедры самолетостроения.

Образование: Воронежский государственный университет, физический факультет (1998 г.).

Область научных интересов: водородная и возобновляемая энергетика.

Публикации: 18.

д. 14, Московский пр-т, Воронеж, 394026.

Alexander Russu  - Research Engineer at the Research Sector of the Aircraft Department, Voronezh State Technical University.

Education: Voronezh State University, Faculty of Physics, 1998.

Research interests: hydrogen and renewable energy.

Publications: 18.

14 Moskovsky Av., Voronezh, 394026. 

arussu@mail.ruФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»РоссияVoronezh State Technical UniversityRussian FederationГЛИЦ им. В.П.Чкалова, Министерство ОбороныРоссияGLITS them. V.P. Chkalov, Ministry of DefenseRussian FederationАО «Созвездие»РоссияJSC “Constellation”Russian Federation201817102018019-216271Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1452

Рассмотрены вопросы, связанные с перспективой использования топливных элементов в качестве источника энергии летательных аппаратов. Впервые для этих целей предложено использовать системы аккумулирования водорода на основе алюмогидридов как наиболее безопасных и эффективных по энергетической емкости, температуре экстракции. Технологии получения материалов на основе алюмогидридов могут быть перенесены из производства электролитических конденсаторов. Приведен краткий сравнительный анализ существующих видов топлива и известных форм хранения топлива. Дано обоснование по применению алюминия для аккумулирования водорода в форме металлогидрида. Наиболее подробно рассмотрен вопрос анодной обработки алюминия, поскольку для формирования гидрида алюминия должна быть использована фольга с высокой степенью развития поверхности. Такая степень развития поверхности материала позволяет осуществлять процессы быстрой зарядки материала ионами водорода, которые участвуют в образовании алюмогидридов. Наличие пор на поверхности фольги обеспечивает повышение степени адаптации функциональных свойств накопителя под режимы работы энергоустановки. Данное свойство обусловлено возможностью гибкого управления процессом формирования структуры пор заданной морфологии, обеспечивающих необходимый редукционный эффект. Представлены основные позиции, определяющие особенность анодной обработки алюминиевой фольги, в которых рассмотрены физико-химические свойства как чистого алюминия, так и его соединений: оксидов и гидридов, – а также их поведение в условиях электрохимических реакций. Указаны возможности протекания параллельных процессов на электродах: окисление и восстановление воды, – что является необходимым условием обеспечения самосогласованных процессов при обработке алюминия (экспериментальные данные получены с помощью установок внутреннего трения). Показаны перспективы применения алюмогидридов в авиации и приведено обоснование решения энергетических проблем в авиации на основе углубления и расширения масштаба исследований технологий водородной энергетики. Результаты работы могут быть использованы в технологиях объемного хранения и транспорта электрической энергии.

The paper considers the prospects of using fuel cells as a source of energy for aircraft. For their supply, it is suggested to use hydrogen accumulation systems based on aluminum hydrides which are the most safe and efficient in terms of energy capacity, extraction temperature. The technologies for obtaining materials based on aluminum hydrides can be transferred from previously developed technologies of the production of electrolytic capacitors. The brief comparative analysis of existing fuels and forms of fuel storage is given. The paper substantiates the use of aluminum for the accumulation of hydrogen in the form of metal hydride. The most detailed consideration is given to the anodic treatment of aluminum, because the formation of aluminum hydride needs a foil with a high degree of surface development. A high degree of development of the material surface makes it possible to carry out processes of rapid charging of the material with hydrogen ions in the formation of aluminum hydrides. The presence of pores on the foil surface provides an increase in the degree of adaptation of the functional properties of the drive to the operating modes of the power plant. This property is due to the ability to flexibly control the process of the pore structure formation of a given morphology providing the necessary reduction effect. The paper presents the basic positions determining the peculiarity of the anodic processing of aluminum foil. These positions deal with the physicochemical properties of the pure aluminum and its compounds, oxides and hydrides, and their behavior under the conditions of the electrochemical reactions. Moreover, the paper indicates the possibility of parallel processes on electrodes: the oxidation and reduction of water, which are necessary condition for ensuring the self-consistent processes in the processing of aluminum. The experimental data have been obtained using the internal friction devices. We have shown the prospects of using of the aluminum hydrides in aviation and substantiated the solution to energy problems in aviation on the basis of deepening and expanding the scale of research into hydrogen energy technologi es. The results of the work can be used for the technology of volumetric storage and transport of electric energy.

топливный элементводородгидрид алюминиядефекты структурынакопитель энергиилетательные аппаратыfuel cellhydrogenaluminum hydridestructural defectenergy storageaircraftReferencesВодород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справ. изд. / Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, Н.Ф. Дубровкин, Л.Н. Смирнова; Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубровкина. – М.: Химия, 1989. – 672 с.Gamburg D.Yu., Semenov V.P., Dubrovkin N.F., Smirnova L.N. Vodorod. Svoistva, poluchenie, hranenie, transportirovanie, primenenie: Sprav.izd.: D.Yu. Gamburga, N.F. Dubrovkina (Eds.). Moscow: Himiya Publ., 1989; 672 р. (in Russ.).Шпильрайн, Э.Э. Введение в водородную энергетику / Э.Э. Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г. Кулешов. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 264 с.Shpil'rajn E.E., Malyshenko S.P., Kuleshov G.G. Vvedenie v vodorodnuyu energetiku. Moscow: Energoatomizdat Publ., 1984; 264 р. (in Russ.).Марченко, О.В. Конкурентоспособность системы производства водорода и использования топливных элементов / О.В. Марченко, С.В. Соломин // Science Time. – 2016. – № 7 (31). – С. 135–140.Marchenko O.V., Solomin S.V. Konkurentosposobnost' sistemy proizvodstva vodoroda i ispol'zovaniya toplivnyh elementov. Science Time, 2016;7(31):135–140 (in Russ.).Дуников, Д.О. Водородные энергетические технологии. В сборнике: Водородные энергетические технологии / Материалы семинара лаборатории ВЭТ ОИВТ РАН: сборник научных трудов. Редколлегия: Д.О. Дуников (отв. ред.) [и др.]. – Москва, 2017. – С. 5–21.Dunikov D.O. Vodorodnye energeticheskie tehnologii. V sbornike: Vodorodnye energeticheskie tehnologii / Materialy seminara laboratorii VEHT OIVT RAN: sbornik nauchnyh trudov. D.O. Dunikov (Ed) [et al.]. Moscow, 2017; рp. 5–21 (in Russ.).Филиппов, С.П. Технико-экономические и маркетинговые исследования долгосрочных перспектив применения в России энергоустановок на базе топливных элементов. В книге: Стационарные энергетические установки с топливными элементами: материалы, технологии, рынки / Бредихин С.И., Голодницкий А.Э., Дрожжин О.А., Истомин С.Я., Ковалевский В.П., Филиппов С.П. – Москва, 2017. – С. 325–377.Bredihin S.I., Golodnickij A.EH., Drozhzhin O.A., Istomin S.YA., Kovalevskij V.P., Filippov S.P. Tehniko-ekonomicheskie i marketingovye issledovaniya dolgosrochnyh perspektiv primeneniya v Rossii energoustanovok na baze toplivnyh elementov. Book: Statsionarnye energeticheskie ustanovki s toplivnymi elementami: materialy, tehnologii, rynki. Moscow, 2017; рp. 325–377. (in Russ.)Фатеев, В.Н. Коррозионно-стойкие электроды/коллекторы тока для анодов электролизных ячеек с твердым полимерным электролитом / В.Н. Фатеев [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 25–27. – С. 88–99.Fateev V.N., Alekseeva O.K., Porembskii V.I., Mihalev A.I., Nikitin S.M. Korrozionno-stoikie elektrody/kollektory toka dlya anodov elektroliznyh yacheek s tverdym polimernym elektrolitom. International Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2017;25–27(237–239):88–99 (in Russ.).Тарасевич, М.Р. Сравнительные характеристики катодов с различными каталитическими системами в водород-кислородных и водород-воздушных топливных элементах с протонпроводящим полимерным электролитом / М.Р. Тарасевич [и др.] // Электрохимия. – 2017. – № 7. – С. 804–812.Tarasevich M.R., Bogdanovskaya V.A., Kuzov A.V., Radina M.V. Sravnitel'nye harakteristiki katodov s razlichnymi kataliticheskimi sistemami v vodorod-kislorodnyh i vodorod-vozdushnyh toplivnyh elementah s proton-provodyashchim polimernym elektrolitom. Elektrohimiya, 2017;7:804–812 (in Russ.).Шмелев, В.М. О методах генерации водорода для питания высокотемпературных топливных элементов / В.М. Шмелев [и др.] // Химическая физика. – 2017. – Т. 36. – № 5. – С. 38–46.Shmelev V.M., Arutyunov V.S., Yang H., Im Ch. O metodah generatsii vodoroda dlya pitaniya vysokotemperaturnyh toplivnyh elementov. Himicheskaya fizika, 2017;36(5):38–46 (in Russ.).Дмитриев, А.Л. Водородная заправочная станция на основе установки получения водорода гидротермальным методом окисления промышленных порошков алюминия / А.Л. Дмитриев, В.К. Иконников // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 10–12. – С. 75–85.Dmitriev A.L., Ikonnikov V.K. Vodorodnaya zapravochnaya stantsiya na osnove ustanovki polucheniya vodoroda gidrotermal'nym metodom okisleniya promyshlennyh poroshkov alyuminiya. International Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2017;10–12:75–85. (in Russ.)Окорокова, Н.С. Оценка энергетических характеристик комбинированной энергетической установки гидронный химический источник тока – кислородно-водородный электрохимический генератор/ Н.С. Окорокова [и др.] // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2017. – № 1. – С. 65–73.Okorokova N.S., Pushkin K.V., Sevruk S.D., Farmakovskaya A.A. Otsenka energeticheskih harakteristik kombinirovannoi energeticheskoi ustanovki gidronnyi himicheskii istochnik toka – kislorodno-vodorodnyi elektrohimicheskii generator. Izvestiya Rossijskoi akademii nauk. Energetika, 2017;1:65–73 (in Russ.).Яновский, Л.С. Твердооксидные топливные элементы как основа для создания авиационных двигателей нового поколения / Л.С. Яновский [и др.] // Тепловые процессы в технике. – 2017. – № 1. – С. 2–6.Yanovskij L.S., Baikov A.V., Aver'kov I.S., Lipilin A.S., Nikonov A.V. Tverdooksidnye toplivnye ehlementy kak osnova dlya sozdaniya aviatsionnyh dvigatelei novogo pokoleniya. Teplovye processy v tehnike, 2017;1:2–6 (in Russ.).Ouyang, L. Hydrogen storage and electrochemical properties of pr, nd and co-free La13.9Sm24.7Mg1.5Ni58al1.7Zr0.14Ag0.07 alloy as a nickelmetal hydride battery electrode / L. Ouyang [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 735. – P. 98–103.Ouyang L., Yang T., Zhu M., Wang H., Min D., Luo T., Xiao F., Tang R. Hydrogen storage and electrochemical properties of pr, nd and co-free La13.9Sm24.7Mg1.5Ni58al1.7Zr0.14Ag0.07 alloy as a nickelmetal hydride battery electrode. Journal of Alloys and Compounds, 2018;735:98–103.Nakagawa, Y. Doping effect of nb species on hydrogen desorption properties of AlH3 / Y. Nakagawa [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 734. – P. 55–59.Nakagawa Y., Lee C.-H., Matsui K., Kousaka K., Isobe S., Hashimoto N., Yamaguchi S., Miyaoka H., Kojima Y., Ichikawa T. Doping effect of nb species on hydrogen de-sorption properties of AlH3. Journal of Alloys and Compounds, 2018;734:55–59.Handbook of Hydrogen Energy / S.A. Sherif, D.Y. Goswami, E.K. Stefanakos, A. Steinfeld (Eds.). – CRC Press, Boca Raton, 2014. – 1042 p.Sherif S.A., Goswami D.Y., Stefanakos E.K., Steinfeld A. (Eds.) Handbook of Hydrogen Energy. CRC Press, Boca Raton, 2014; 1042 p.Alavi, S. Simulations of hydrogen gas in clathrate hydrates / S. Alavi, J.A. Ripmeester // Molecular Simulation. – 2017. – Vol. 43. – No. 10–11. – P. 808–820.Alavi S., Ripmeester J.A. Simulations of hydrogen gas in clathrate hydrates. Molecular Simulation, 2017;43(10–11):808–820.Xiao, J. Lumped parameter simulation of hydrogen storage and purification systems using metal hydrides / Xiao J. [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – No. 6. – P. 3698–3707.Xiao J., Tong L., Yang T., Bjnard P., Chahine R. Lumped parameter simulation of hydrogen storage and purification systems using metal hydrides. International Journal of Hydrogen Energy, 2017; 42(6):3698–3707.Afzal, M. Heat transfer techniques in metal hydride hydrogen storage: a review / M. Afzal, R. Mane, P. Sharma // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – No. 52. – P. 30661–30682.Afzal M., Mane R., Sharma P. Heat transfer techniques in metal hydride hydrogen storage: a review. International Journal of Hydrogen Energy, 2017;42(52):30661–30682.Shervani, S. Multi-mode hydrogen storage in nanocontainers / S. Shervani [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – No. 38. – P. 24256–24262.Shervani S., Gupta A., Balani K., Subramaniam A., Mukherjee P., Sen P., Mishra G., Sivakumar S., Illath K., Ajithkumar T.G. Multi-mode hydrogen storage in nanocontainers. International Journal of Hydrogen Energy, 2017;42(38):24256–24262.Шалимов, Ю.Н. Оптимизация электрохимического процесса обработки алюминиевой фольги в производстве конденсаторов / Ю.Н. Шалимов, И.М. Мандрыкина, Ю.В. Литвинов. – Воронеж: ВГТУ, 2000. – 343 с.Shalimov Yu.N., Mandrykina I.M., Litvinov Yu.V. Optimizathiya elektro-himicheskogo protsessa obrabotki alyuminievoi fol'gi v proizvodstve kondensatorov. Voronezh: VGTU Publ., 2000; 343 р. (in Russ.).Чертко, Н.К. Геохимия и экология химических элементов: Справочное пособие / Н.К. Чертко, Э.Н. Чертко. – Мн.: Издательский центр БГУ, 2008. – 140 с.Chertko N.K., Chertko E.N. Geohimiya i ekologiya himicheskih elementov: Spravochnoe posobie. Mn.: Izdatel'skij centr BGU Publ., 2008; 140 р. (in Russ.).Гранкин, Э.А. Влияние условий электролиза и термической обработки на внутреннее трение и коррозионную стойкость электролитического хрома. Дис. канд. технических наук. Воронеж: ВПИ, 1973. – 116 с.Grankin E.A. Vliyanie uslovii elektroliza i termicheskoi obrabotki na vnutrennee trenie i korrozionnuyu stoikost' elektroliticheskogo hroma: Thesis of Ph.D. in Engineering. Voronezh: VPI Publ., 1973; 116 р. (in Russ.).Шалимов, Ю.Н. Влияние Тепловых и электрических полей на электрохимические процессы при импульсном электролизе: Дис. на соискание ученой степени доктора технических наук / Ю.Н. Шалимов. – Воронеж, 2006. – 354 с.Shalimov Yu.N. Vliyanie Teplovyh i elektricheskih polei na elektrohimicheskie protsessy pri impul'snom elektrolize: Thesis of D.Sc. in Engineering. Voronezh, 2006; 354 р. (in Russ.).Алтухов, В.К. Интенсификация процесса травления алюминиевой фольги с помощью ультразвуковых колебаний / В.К. Алтухов, Ю.Н. Шалимов// Ультразвуковая техника. – 1966. – № 1. – С. 27–32.Altuhov V.K., Shalimov Yu.N. Intensifikatsiya protsessa travleniya alyuminievoi fol'gi s pomoshch'yu ul'trazvukovyh kolebanii. Ul'trazvukovaya tehnika, 1966;1:27–32 (in Russ.).Невский О.И., Гришина Е.П. Барьерные пленки на алюминии: монография / . – Иваново, 2003. – 84 с.Nevskii O.I., Grishina E.P. Bar'ernye plenki na alyuminii: monografiya. Ivanovo, 2003; 84 р. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.