СТЕНД «ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА»

Разработан специализированный стенд для проведения практических работ по курсу водородной энергетики, состоящий из водородно-воздушного топливного элемента, электронной системы управления, платы контроля функциональных параметров и источника водорода на основе металлогидридного баллона. В качестве топливного элемента в данном стенде использовался 40-ваттный стек, состоящий из 22 мембранно- электродных блоков. Исследованы вольт-амперные характеристики стека, показано, что для эффективной работы топливного элемента при рабочей нагрузке 3 А необходимы потоки водорода более 0,7 л/мин. Изучено распределение температуры внешней поверхности стека при разной силе тока и установлено, что максимальная температура не превышает 45 ºС в режиме рабочей нагрузки стенда. Дано подробное описание разработанной станции водородной заправки металлогидридных баллонов с различными формфакторами и объемами от 50 мл до 15 л. Соединительные элементы станции выдерживают перепады давления от 0,1 Па (~10^-3 мм.рт.ст) до 1,5 МПа (15 атм). В качестве источника водорода в данном стенде использовались гидриды сплавов La_0,9Се_0,1Ni₅ и La_0,8Се_0,2Ni₅. Исследования Р–С зависимостей циклов «абсорбция – десорбция» водорода для этих сплавов были проведены при температуре 25 ºС и 45 ºС. Детально описана процедура заправки водородом металлогидридных баллонов. Данный стенд позволяет в реальном времени измерять и стабилизировать температуру топливного элемента по двум термодатчикам с краю и в центре топливного элемента; контролировать температуру металлогидридного баллона; измерять напряжение и ток на топливном элементе; измерять ток через подключенную внешнюю нагрузку, независимо от внутренней электронной нагрузки стенда; измерять расход водорода. Данный стенд может применяться как для демонстрации работы альтернативных источников энергии, так и для обучения и тренинга персонала, работающего в области энергетики.

1. Altork, L.N. Hydrogen fuel cells: part of the solution [Text] / L.N. Altork, J. R. Busby // Technology & Engineering Teacher. − 2010. – Vol. 70. – No 2. – P. 22–27.

2. Dutta, S. A review on production, storage of hydrogen and its utilization as an energy resource [Text] / S. Dutta // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. − 2014. − Vol. 20. − No 4. – P. 1148–1156.

3. Valente, A. Life cycle assessment of hydrogen energy systems: a review of methodological choices [Text] / A. Valente, D. Iribarren, J. Dufour // The International Journal of Life Cycle Assessment. – 2017. − Vol. 22. − No 3. − P. 346–363.

4. Breault, R.W. Gasification Processes Old and New: A Basic Review of the Major Technologies [Text] / R.W. Breault // Energies. – 2010. – Vol .3. – P. 216–240.

5. Мошникова, В.А. Основы водородной энергетики [Текст] / В.А. Мошникова, Е.И. Терукова. – СПб.: Изд-во SPbGETU “ЛЕТИ”, 2010. – 288 с.

6. Zalbowitz, M. Fuel cells – Green Power [Text] / M. Zalbowitz , S. Thomas. – Los Alamos National Laboratory. – 1999. − P. 24.

7. Milne, T.A. Hydrogen from biomass [Text] / T.A. Milne, C.C. Elam, R.J. Evans. – A report for international Energy Agency. Agreement on the Production and Utilization of Hydrogen. − 2002. − P. 78.

8. El-Salamony, R.A. Catalytic Dry Reforming of Natural Gas for Synthesis Gas Production over Ru/γ-Al2O3 Catalyst [Text] / S. A. Ghoneim [et al.] // ADRRI Journal of Engineering and Technology. − 2014. – Vol. 1. – No 1. − P. 1–16.

9. Iulianelli, A. Advances on methane steam reforming to produce hydrogen through membrane reactors technology [Text] / A. Iulianelli [et al.] // Catalysis Reviews. – 2016. − Vol. 58. − P. 1–35.

10. Neiva, L.S. A study on the characteristics of the reforming of methane [Text] / L.S. Neiva, L. Gama // Brazilian Journal of Petroleum and Gas. − 2010. – Vol. 4. − No 3. − P. 119–127.

11. Bhatt, Sh. Polymer Exchange Membrane (PEM) Fuel Cell [Text] / Sh. Bhatt [et al.] // International Journal of Current Engineering and Technology. − 2012. − Vol. 2. – No 1. − P. 219–226.

12. Chenga, X. A review of PEM hydrogen fuel cell contamination: Impacts, mechanisms, and mitigation [Text] / X. Chenga [et al.] // Journal of Power Sources. − 2007. − Vol. 165. −No 2. − P. 739–756.

13. Kraytserg, A. Review of Advanced Materials for Proton Exchange Membrane Fuel Cells [Text] / A. Kraytserg [et al.] // Energy & Fuels. − 2014. − Vol. 28. – No 12. – P. 7303–7330.

14. Amamou, A. A Comprehensive Review of Solutions and Strategies for Cold Start of Automotive Proton Exchange Membrane Fuel Cells [Text] / A. Amamou [et al.] // IEEE Access. − 2016. – Vol. 4. − P. 4989–5002.

15. Barbir, F. PEM Fuel Cells / F. Barbir. − ed. by Nigel Sammes. − London : Springer London, 2006.

16. Mehta, V. Review and analysis of PEM fuel cell design and manufacturing [Text] / V. Mehta, J.S. Cooper // Journal of Power Sources. − 2003. – Vol. 114. – P. 32–53.

17. Litster, S. PEM fuel cell electrodes [Text] / S. Litster, G. McLean // Journal of Power Sources. − 2004. − Vol. 130. − P. 61–76.

18. O’Hayre, R. The air/platinum/Nafion triple-phase boundary: Characteristics, scaling, and implications for fuel cells [Text] / R. O’Hayre, F.B. Prinz // J. Electrochem. Soc. – 2004. – Vol. 151. – P. A756–A762.

19. Wu, H.W. A Review of Recent Development: Transport and performance modeling of PEM fuel cells [Text] / H. W. Wu // Applied Energy. – 2016. – Vol. 165. – P. 81–106.

20. Berg, P. Reaction Kinetics at the Triple-Phase Boundary in PEM Fuel Cells [Text] / P. Berg [et al.] // Journal of Fuel Cell Science and Technology. – 2008. – Vol. 5. – No 2. – P. 021007–0210017.

21. Connolly D.J., Gresham W.F. US Patent 3,282,875 // DuPont Co., 1966.

22. Singhal, S.C. High Temperature and Solid Oxide Fuel Cells [Text] / S.C. Singhal, K. Kendal. – Am-sterdam: Elsevier Science, 2003. – P. 406.

23. Павлов, В.И. Деградация Pt/C электрокатали-заторов с различной морфологией в низкотемпературных топливных элементах с полимерной мембраной [Текст] / В.И. Павлов [и др.] // Российские нано-технологии. – 2016. – Т. 11. – № 11–12. – С. 43–49.

24. Pavlov, V.I. Pt/C electrocatalyst degradation in pem fuel cells [Text] / V.I. Pavlov [et al.] // International conference "Ion transport in organic and inorganic membranes". Krasnodar 2016, 23–28 May. – P. 217–218.

25. Kisi, E.H. A neutron diffraction investigation of the LaNi5D phase diagram [Text] / E.H. Kisi [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 1994. – Vol. 216. – P.123–129.

26. Kisi, E. H. The hydrogen activation of LaNi5 [Text] / E. H. Kisi [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 1992. – Vol. 185. – P. 369–384.

27. Manchester, F. D. Mechanisms for Activation of Intermetallic Hydrogen Absorbers [Text] / F.D. Man-chester, D. Khatamian // Mater. Sci. Forum. – 1988. – Vol. 31. – P. 261–296.

28. Lototskyy, M.V. Metal hydride hydrogen compressors [Text] / M.V. Lototskyy [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2014. – Vol. 39. – P. 5818–5851.

29. Можжухин, С.А. Металлогидридный термо-сорбционный компрессор водовода высокого давления [Текст] / С.А. Можжухин [др.] // Сборник тезисов V Международной конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества». – 2014. – P. 248–251.