Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

ПРИМЕНЕНИЕ ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.28-30.025-037

Полный текст:

Аннотация

Рассматривалась безопасная конструкция бака-аккумулятора водорода, который включает в себя: набор цилиндрических металлических емкостей, выполненных из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и заполненных углеродными нанотрубками; рубашку охлаждения из жидкого азота по подобию сосуда Дьюара, в которую погружены металлические емкости с углеродными нанотрубками, заполненными газообразным водородом; систему вентилей и трубопроводов высокого давления. Безопасность хранения водорода при низких температурах обеспечивается высокой прочностью и вязкостью стали, из которой выполнены металлические емкости для хранения. Основное достоинство такой схемы бака-аккумулятора – это безопасность при механических повреждениях: при внедрении механического объекта в бак-аккумулятор сначала повреждается рубашка охлаждения жидкого азота, выполненная из тонколистовой нержавеющей стали (внутренняя стенка) и алюминиевого сплава (наружная стенка), при этом затрачивается основная энергия удара. Проанализирована схема эксперимента и приведены результаты исследования хранения водорода при температуре жидкого азота: водород под высоким давлением 15 МПа закачивается в предварительно охлажденный бак-аккумулятор, полностью заполненный углеродными нанотрубками. Затем происходит отсечение бака-аккумулятора от магистралей при помощи отсечного клапана; отсечение от магистрали подачи баллона с водородом; открытие дренажного клапана для стравливания водорода; нагрев бака-аккумулятора до нормальной температуры; стравливание сорбированного водорода и измерение его объема. Подтверждено, что водород при температуре жидкого азота удерживается УНТ в баке-аккумуляторе, а при нормальной температуре высвобождается (впервые определил Р. Смолли в XX в.). Приведены данные микроскопических и сорбционных исследований конгломератов УНТ (SWNT) чешуйчатой структуры.

 

Об авторах

И. А. Шестаков
Институт механики УрО РАН
Россия
канд. тех. наук, научный сотрудник


А. В. Вахрушев
Институт механики УрО РАН
Россия
д-р физ.-мат. на- ук, профессор, заведующий лабораторией


С. С. Выдрина
Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (ИжГТУ)
Россия
соискатель ученой степени


Список литературы

1. Манаев, О.И. Динамика и структура энергетики [Электронный ресурс] / О.И. Манаев // Энергобезопасность и энергосбережение: научно-технический журнал. – 2008. – № 2. – Режим доступа: http://www.endf.ru/23_1.php – (Дата обращения: 21.05.2017).

2. Бокрис, Дж.О’М. Солнечно-водородная энергия. Сила, способная спасти мир [Текст] / Дж.О’М. Бокрис, Т.Н. Везироглу, Д. Смит. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 164 с.

3. Gusev, A.L. Phenomenological thermodynamics of adsorption for justification of synthesis of the optimal hydrogen accumulator based on zeolites, carbon nano-tubes and microspheres [E-resource] / A.L. Gusev, E.V. Kudelkina // Japan, Tokyo, Conference: 30th ISTC Japan Workshop on Advanced Catalysis Technologies in Russia MHI Advanced Technology Research Center 16 April 2004, Affiliation: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan-Russia Business Cooperation Committee International Science and Technology Center (ISTC)a. – Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/301627206_Pheno menological_thermodynamics_of_adsorption_for_justificati on_of_synthesis_of_the_optimal_hydrogen_accumulator_b ased_on_zeolites_carbon_nanotubes_and_mikrospheres.

4. Gusev, A.L. Principles of hydrogen storage and rational design of novel materials for hydrogen accumulation [Text] / A.L. Gusev, B.V. Spitsyn, M.A. Kazaryan // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2007. – № 4. – С. 202–203.

5. Gusev, A.L. Poster inventions of the inventor Alexander Leonidovich Gusev (Sarov, Nizhny Novgorod region), presented by the Government of the Nizhny Novgo-rod region at the Exhibition in HANNOVER MESSE 2010 [Электронный ресурс] / A.L. Gusev. – Hannover (Germany), 19–23, April, 2010, DOI: 10.13140/RG.2.2.24014.25927, 04/2010, Conference: Exhibition in Germany, Hanover., Affiliation: Government of the Nizhny Novgorod region, DOI: 10.13140/RG.2.2.24014.25927. – Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/315573030_AL_ Gusev_Poster_inventions_of_the_inventor_Alexander_Leo nidovich_Gusev_Sarov_Nizhny_Novgorod_region_present ed_by_the_Government_of_the_Nizhny_Novgorod_region _at_the_Exhibition_in_HANNOVER_MESSE_2010_H

6. Мищенко, А.И. Применение водорода для двигателей автомобильного транспорта // Мищенко А.И. Атомно-водородная энергетика и технологии. Сборник статей Выпуск 8 / А.И. Мищенко, А.В. Белогуб, В.Д. Савицкий, Г.Б. Талда, Е.В. Шатров, В.М. Кузнецов, А.Ю. Раменский. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

7. Раменский, А.Ю. Применение водорода на автомобильном транспорте: перспективы на российском рынке // Раменский А.Ю. А.Ю. Раменский, П.Б. Шелищ, С.И. Нефедкин, А.А. Рычаков, М.В. Старостин Труды Международного симпозиума по водородной энергетике. Москва, 1–2 ноября 2005 г., МЭИ. С. 169–174.

8. Раменский, А.Ю. Перспективы и ближайшие задачи использования водорода в автомобиле на Российском рынке // А.Ю. Раменский [и др.] // Международный форум. Водородные технологии для производства энергии Тезисы докладов. 6–10 февраля 2006 г. Москва. – С. 221–222.

9. Пат. 2498151 МПК F17C11/00 РФ. Аккумулятор водорода / Яновский Ю.Г., Шестаков И.А., Вахрушев А.В., Липанов А.М.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики РАН, г. Москва. – №2011147163/06; опубл. 10.11.2013.

10. Вахрушев, А.В. Научно-технические основы водородных транспортно-энергетических систем [Текст] / А.В. Вахрушев [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и эко-логия» (ISJAEE). – 2012. – № 4. – С. 41–48.

11. Вахрушев, А.В. Углеродные наноконтейнеры для хранения газов [Текст] / А.В. Вахрушев, М.В. Суетин // Российские нанотехнологии. – 2009. – Т. 4. – № 11–12. – С. 79–84.

12. Вахрушев, А.В. Адсорбирование углеводородов нанотрубками [Текст] / А.В. Вахрушев, М.В. Суетин // Химическая физика и мезоскопия. – 2008. – Т. 10. – № 1. – С. 18–25.

13. Вахрушев, А.В. Моделирование процессов аккумуляции водорода и углеводородов наноструктурами / А.В. Вахрушев, А.М. Липанов, М.В. Суетин. – Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований; НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». – 2008. – 120 с.

14. Вахрушев, А.В. Молекулярно-динамическое моделирование адсорбции, хранения и десорбции метана управляемыми нанокапсулами [Текст] / А.В. Вахрушев, М.В. Суетин // Rusnanotech. – 2008. – С. 282–284.

15. Вахрушев, А.В. Моделирование процессов адсорбирования водорода комплексными наноструктурами [Текст] / А.В. Вахрушев, А.М. Липанов, М.В. Суетин // Известия тульского государственного университета. – 2007. – Т. 12. – № 1. – С. 21–41.

16. Вахрушев, А.В. Моделирование процессов адсорбирования водорода на фуллерены и в углеродные кластеры [Текст] / А.В. Вахрушев, А.М. Липанов, М.В. Суетин // Тяжёлое машиностроение. – 2007. – № 9. – С. 20–22.

17. Вахрушев, А.В. Моделирование процессов адсорбирования водорода наноструктурами [Текст] / А.В. Вахрушев, А.М. Липанов, М.В. Суетин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2007. – № 1. – С. 13–20.

18. Суетин, М.В. Моделирование адсорбции хранения и десорбции водорода динамическими наноструктурами – нанокапсулами [Текст] / М.В. Суетин // Суетин М.В Тезисы докладов Всероссийской школы-конференции молодых ученых и студентов «Математическое моделирование в естественных науках» / Суетин М.В., Вахрушев А.В. – Пермь. – 2007. – С. 56.

19. Вахрушев, А.В. Моделирование хранения метана в управляемых нанокапсулах [Текст] / А.В. Вахрушев // Вахрушев А.В Тезисы докладов Всероссийской школы-конференции молодых ученых и студентов «Математическое моделирование в естественных науках» / Вахрушев А.В., Суетин М.В. – Пермь. – 2008. – С. 58.

20. Суетин, М.В. Моделирование адсорбции, хранения и десорбции водорода и других газов динамическими наноструктурами [Текст] / М.В. Суетин // Суетин М.В. VII Конференция молодых ученых «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения» / М.В.Суетин. – Звенигород. – 2007. – С. 49.

21. Suetin, M.V. Guided Carbon Nanocapsules for Hydrogen Storage [Text] / M.V. Suetin, A.V. Vakhrouchev // J. Phys. Chem. C. – 2011. – vol. 115. – Iss. 13. – P. 5485–5491.

22. Suyetin, M.V. Nanocapsule with pump for methane storage [Text] / M.V. Suetin, A.V. Vakhrouchev // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2011. – Vol. 13. – Iss. 20. – P. 9863–9870.

23. Suyetin M.V., A.V. Vakhrouchev Molecular dynamic simulation of methane storage in nanocapsules [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.udman.ru/iam/files/Suyetin.pdf – (Дата об-ращения: 12.05.17.).

24. Vakhrushev, A.V. Hydrogen storage in carbon nanocapsules [Text] / A.V. Vakhrushev, M.V. Suetin // MPA-2007. – 2007. – P. 28–29.

25. Volkova, E.I. Improved design of metal-organic frameworks for efficient hydrogen storage at ambient temperature: A multiscale theoretical investigation [Text] / E.I. Volkova, A.V. Vakhrushev, M.V. Suyetin // International journal of hydrogen energy. – 2014. – Vol. 39. – P. 8347–8350.

26. Vakhrushev, A.V. Calculation of Elastic Properties of Composite Materials Based on Nanoparticles Using Multilevel Modeling [Text] / Vakhrushev A.V., Fedotov A.Y., Shushkov A.A. // Advances in Sustainable Petroleum Engineering Science. – 2014. – Vol. 6. – Iss. 3.– P. 283–298.

27. Vakhrushev, A.V. Calculation of the Elastic Parameters of Composite Materials Based on Nanoparticles Using Multilevel Models [Text] / A.V. Vakhrushev, A.Y. Fedotov, A.A. Shushkov. – Nanostructures, Nanomaterials, and Nanotechnologies to Nanoindustry, vol. 1, New Jersey, Apple Academic Press, 2014. – P. 51–70.

28. Пат. 2267694 МПК F17C11/00Российская Федерация. Емкость для хранения водорода / Чебак А.Ф.; заявитель и патентообладатель Чебак А.Ф.; опубл. 27.10.2009.

29. Пат. 2319893 МПК F17C11/00 Российская Федерация. Способ и установка для аккумулирования газа внутри нанопор твердого носителя / Федоров А.С., Кузубов А.А.; заявитель и патентообладатель Федоров А.С., Кузубов А.А.; опубл. 20.03.2008.

30. Пат. 2347135 МПК F17C11/00 Российская Федерация. Емкость для хранения различных жидких и газообразных веществ / Вахрушев А.В., Липанов А.М., Суетин М.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского от-деления Российской академии наук; опубл. 20.02.2009.

31. Пат. 2346202 РФ, МПК F17C11/00. Аккумулятор водорода / Горячев И.В., Вощинин С.А.; заявитель и патентообладатель Горячев И.В.; заявл. 02.03.2007; опубл. 10.02.2009.

32. Pat. 6132492 МПК F17C11/00 USA. Sorbent-based gas storage and delivery system for dispensing of high-purity gas, and apparatus and process for manufacturing semiconductor devices, products and precursor structures utilizing same / Hultquist S.J., Tom G.M., Kirlin P.S., McManus J.V.; October 17, 2000.

33. Pat. № 6432176 МПК F17C11/00 USA. Device for storing compressed gas / Klos H., Schütz W.; August 13, 2000

34. Pat. № 6930193 МПК F17C11/00 USA. Isoreticular metal-organic frameworks, process for forming the same, and systematic design of pore size and functionality there in, with application for gas storage / Yaghi O.M., Eddaoudi M., Li H., Kim J., Rosi N; August 16, 2005.

35. Шестаков, И.А. Исследование дополнительной подъемной силы летательного аппарата вертикального взлета и посадки [Текст] / И.А. Шестаков, А.В. Вахрушев, А.М. Липанов // Авиационная промышленность. – 2016. – № 3. – С. 1–4.


Для цитирования:


Шестаков И.А., Вахрушев А.В., Выдрина С.С. ПРИМЕНЕНИЕ ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2017;(28-30):25-37. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.28-30.025-037

For citation:


Schestakov I.A., Vakhrushev A.V., Vidrina S.S. STUDY OF THE HYDROGEN BATTERY WITH FILLING CARBON NANOTUBES. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2017;(28-30):25-37. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.28-30.025-037

Просмотров: 253


ISSN 1608-8298 (Print)