[Энергия и элементы питания] Применение POWERPASTE для автономных источников питания (перевод)
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
POWERPASTE - это вещество для хранения водорода сверхвысокой емкости для топливных элементов с PEM, изобретенное и разработанное Fraunhofer IFAM. POWERPASTE выделяет водород при контакте с водой. Емкость по водороду составляет около 10 мас.% (Т.е. 10 кг POWERPASTE → 1 кг водорода). Это удельная энергия 1,6 кВтч/кг и плотность энергии 1,9 кВтч/литр, что примерно в 10 раз превышает емкость литий-ионных батарей. Отмеченная наградами технология POWERPASTE запатентована (ЕС, США) и имеет множество преимуществ по сравнению с другими технологиями хранения энергии, в частности, в диапазоне мощности от 100 Вт до 10 кВт.
Рис.1: POWERPASTE; Картридж POWERPASTE; демонстрационный источник питания 100 Вт.Схематическое изображение принципа работы источника электропитания на основе POWERPASTE показано на следующей схеме:
Рис. 2: Схематическое изображение источника эл.энергии на базе POWERPASTE.В отличие от батарей, системы питания на основе POWERPASTE не зависят от электросети и могут быть перезаряжены за секунды заменой картриджа. Кроме того, POWERPASTE отличается высокой стабильностью и не подвержен саморазряду. Капитальные затраты на ед. мощности и совокупная стоимость владения для энергосистем на базе POWERPASTE сопоставимы, в частности, в диапазоне мощности от 100 Вт до 10 кВт, например, для БПЛА с длительным временем полета или автомобилей с увеличенным запасом хода, а также для различных стационарных применений, таких как резервные генераторы энергии.Основным компонентом POWERPASTE является гидрид магния, MgH2, в котором водород хранится в безопасной форме. Получение водорода из POWERPASTE можно представить следующей схемой:
Рис. 3: Схема реакции для получения водорода.Сравнение POWERPASTE с другими перспективными технологиямиЭнергетические системы на основе топливных элементов стали многообещающей альтернативой батареям, но пока они были экономически успешными только на нишевых рынках. Это в основном связано с отсутствием инфраструктуры. Большинству топливных элементов нужен водород в той или иной форме, который затем может вступать в реакцию внутри топливного элемента с кислородом (или окружающим воздухом) для выработки электроэнергии. Общий принцип работы топливного элемента изображен на следующем рисунке:
Рис. 4: Общий принцип работы топливного элемента.Существует четыре основных подхода к обеспечению водородом для энергетических систем на основе топливных элементов:
- Подача газообразного водорода непосредственно в топливный элемент. Здесь водород хранится в специальных газовых баллонах (сделанных из высокопрочных материалов, таких как композит из углеродного волокна) под давлением в несколько сотен бар. Уменьшение размера резервуаров для хранения водорода высокого давления ограничено из-за обязательных компонентов безопасности. Кроме того, необходима сеть водородных заправок.
- Выработка водорода в установке риформинга. При высокой температуре установка риформинга превращает обычное топливо (углеводороды, такие как дизельное топливо, СПГ или метанол) в водород и диоксид углерода (CO2).
- Выработка водорода из специального топлива прямо в топливном элементе. На сегодняшний день это возможно только с метанолом в так называемых топливных элементах с прямым метанолом (DMFC), которые тоже выделяют CO2. Требуется специальная водно-метанольная смесь.
- Генерировать водород при давлении, близком к окружающему, посредством химической реакции вещества-носителя водорода с водой, так называемой реакции гидролиза, при которой не выделяется CO2. Водородный носитель может поставляться в картриджах. POWERPASTE является примером такого носителя.
Сравнительный обзор наиболее актуальных технологий накопления энергии и энергоснабжения в диапазоне мощностей от 100 Вт до 10 кВт приведен в таблице:
Таблица 1: Ключевые показатели эффективности автономных источников энергииСтоит рассмотреть два наиболее важных свойства более подробно - удельную энергию и плотность энергии. На следующей диаграмме представлен обзор ряда высокоэнергетических видов топлива, в которых сравниваются эти свойства, для выработки электроэнергии в реальных условиях (в реальных системах, включая все потери преобразования):
Рис. 5: Удельная энергия (Вт/кг) и плотность энергии (Вт/л) некоторых видов высокоэнергетического топлива.POWERPASTE для автономных источников питанияПредпринималось много попыток эффективно вырабатывать водород для топливных элементов с помощью химической реакции, поскольку это позволяет избежать необходимости использования высоких давлений и специальной инфраструктуры (водородные заправочные станции). Химические носители водорода (твердые или жидкие) можно легко транспортировать и заправлять. В течение некоторого времени в качестве возможного решения предлагались реакции боргидрида натрия (NaBH4) или других восстановителей с водой (так называемые реакции гидролиза). Хотя боргидрид натрия перспективен с химической точки зрения, его токсичность и рыночная оптовая цена более 15 евро/кг ограничивают его использование.С другой стороны, было много попыток сделать возможным применение потенциально более дешевого и нетоксичного гидрида магния для эффективной и контролируемой реакции с водой. Примечательной особенностью реакции гидролиза гидрида магния является то, что половина произведенного водорода вырабатывается из воды:MgH2 + 2 H2O → 2 H2 + Mg(OH)2Тем не менее, предыдущие попытки получить водород в результате реакции гидрида магния и воды c контролем реакции до такой степени, что становится возможным мгновенный запуск/остановка и полное отслеживание нагрузки топливного элемента, были безуспешными. Одна из причин - образование пассивирующих слоев на гидриде магния при контакте с водой. Однако, как продемонстрировал Fraunhofer IFAM, добавление некоторых солей металлов к гидриду магния может эффективно уменьшить образование этих пассивирующих слоев.Другая причина заключается в том, что, в отличие от NaBH4, гидрид магния не может образовывать метастабильные водные растворы, что затрудняет строго контролируемую реакцию. Только благодаря изобретению полутвердой композиции POWERPASTE, которая содержит гидрид магния и вышеупомянутые соли металлов, а также нетоксичный эфир, Fraunhofer IFAM смог создать топливо со следующей уникальной комбинацией свойств:
- Очень высокая плотность энергии до 1,9 кВтч / литр
- Высокодинамичная реакция с водой для мгновенного запуска/остановки топливного элемента
- Возможно дозирование независимо от ориентации (наклон до +/- 90 ° во всех направлениях)
- Нетоксичный и безопасный состав
- Легкая утилизация или переработка
- Длительный срок хранения (до 5 лет)
- Низкие производственные затраты (примерно до 2 евро/кг POWERPASTE)
Рис. 6: Динамика реакции чистого гидрида магния, гидрида магния + добавка соли металла и POWERPASTEДля производства водорода с помощью POWERPASTE не требуется специальной подготовки воды. Реакция протекает с водой различного качества (в частности, различной жесткости) и возможна даже с морской водой.Коммерческое использование энергосистем на базе POWERPASTEОсновными компонентами системы электропитания POWERPASTE являются: картридж POWERPASTE, резервуар или резервуар для воды, водородный генератор, топливный элемент PEM, исполнительные механизмы, электроника и буферная / резервная батарея. Общий вид такого источника энергии можно увидеть на следующей схеме:
Рис. 7: Общая схема источника энергии на основе POWERPASTEПутем дозирования точных количеств POWERPASTE и воды, реакция в водородном генераторе контролируется таким образом, что количество производимого водорода точно совпадает с потреблением водорода топливным элементом, обеспечивая низкое давление в системе и, следовательно, уменьшает ее вес. Заправка означает просто замену картриджей, что делает ее чрезвычайно быстрой.
===========
Источник:
habr.com
===========
===========
Автор оригинала: Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM
===========Похожие новости:
- [Схемотехника, Энергия и элементы питания, Здоровье, Экология] Как устроены одноразовые электронные сигареты
- [Энергия и элементы питания, Транспорт, Будущее здесь] Япония построит первый в мире танкер на аккумуляторах
- [Производство и разработка электроники, Энергия и элементы питания] Из-за отключений электричества в Техасе страдает работа производителей чипов
- [Энергия и элементы питания, Транспорт, Экология, Будущее здесь] Форд потратит 1 миллиард долларов, чтобы к 2030 году Европа полностью пересела на электромобили (перевод)
- [Гаджеты, Энергия и элементы питания] Как плафоны снижают яркость ламп
- [Разработка под iOS, Гаджеты, Энергия и элементы питания, Ноутбуки] Apple предложит пользователям заменить аккумуляторы MacBook Pro 2016/2017
- [Энергия и элементы питания, Транспорт, Будущее здесь] Как Tesla со своими зарядными станциями обставила остальных автопроизводителей (перевод)
- [Энергия и элементы питания, Транспорт, Экология, Урбанизм] В НИТУ «МИСиС» предложили новый способ утилизации литиевых батарей
- [Беспроводные технологии, Энергия и элементы питания, Носимая электроника, Экология] Xiaomi представила настоящую беспроводную зарядку Mi Air Charge. Что с ней не так?
- [Беспроводные технологии, Гаджеты, Энергия и элементы питания] Xiaomi представила беспроводную зарядку, которая работает на расстоянии нескольких метров
Теги для поиска: #_energija_i_elementy_pitanija (Энергия и элементы питания), #_vodorodnaja_energetika (водородная энергетика), #_alternativnaja_energetika (альтернативная энергетика), #_energija_i_elementy_pitanija (
Энергия и элементы питания
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 26-Ноя 16:18
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
|
POWERPASTE - это вещество для хранения водорода сверхвысокой емкости для топливных элементов с PEM, изобретенное и разработанное Fraunhofer IFAM. POWERPASTE выделяет водород при контакте с водой. Емкость по водороду составляет около 10 мас.% (Т.е. 10 кг POWERPASTE → 1 кг водорода). Это удельная энергия 1,6 кВтч/кг и плотность энергии 1,9 кВтч/литр, что примерно в 10 раз превышает емкость литий-ионных батарей. Отмеченная наградами технология POWERPASTE запатентована (ЕС, США) и имеет множество преимуществ по сравнению с другими технологиями хранения энергии, в частности, в диапазоне мощности от 100 Вт до 10 кВт.  Рис.1: POWERPASTE; Картридж POWERPASTE; демонстрационный источник питания 100 Вт.Схематическое изображение принципа работы источника электропитания на основе POWERPASTE показано на следующей схеме:  Рис. 2: Схематическое изображение источника эл.энергии на базе POWERPASTE.В отличие от батарей, системы питания на основе POWERPASTE не зависят от электросети и могут быть перезаряжены за секунды заменой картриджа. Кроме того, POWERPASTE отличается высокой стабильностью и не подвержен саморазряду. Капитальные затраты на ед. мощности и совокупная стоимость владения для энергосистем на базе POWERPASTE сопоставимы, в частности, в диапазоне мощности от 100 Вт до 10 кВт, например, для БПЛА с длительным временем полета или автомобилей с увеличенным запасом хода, а также для различных стационарных применений, таких как резервные генераторы энергии.Основным компонентом POWERPASTE является гидрид магния, MgH2, в котором водород хранится в безопасной форме. Получение водорода из POWERPASTE можно представить следующей схемой:  Рис. 3: Схема реакции для получения водорода.Сравнение POWERPASTE с другими перспективными технологиямиЭнергетические системы на основе топливных элементов стали многообещающей альтернативой батареям, но пока они были экономически успешными только на нишевых рынках. Это в основном связано с отсутствием инфраструктуры. Большинству топливных элементов нужен водород в той или иной форме, который затем может вступать в реакцию внутри топливного элемента с кислородом (или окружающим воздухом) для выработки электроэнергии. Общий принцип работы топливного элемента изображен на следующем рисунке:  Рис. 4: Общий принцип работы топливного элемента.Существует четыре основных подхода к обеспечению водородом для энергетических систем на основе топливных элементов:
 Таблица 1: Ключевые показатели эффективности автономных источников энергииСтоит рассмотреть два наиболее важных свойства более подробно - удельную энергию и плотность энергии. На следующей диаграмме представлен обзор ряда высокоэнергетических видов топлива, в которых сравниваются эти свойства, для выработки электроэнергии в реальных условиях (в реальных системах, включая все потери преобразования):  Рис. 5: Удельная энергия (Вт/кг) и плотность энергии (Вт/л) некоторых видов высокоэнергетического топлива.POWERPASTE для автономных источников питанияПредпринималось много попыток эффективно вырабатывать водород для топливных элементов с помощью химической реакции, поскольку это позволяет избежать необходимости использования высоких давлений и специальной инфраструктуры (водородные заправочные станции). Химические носители водорода (твердые или жидкие) можно легко транспортировать и заправлять. В течение некоторого времени в качестве возможного решения предлагались реакции боргидрида натрия (NaBH4) или других восстановителей с водой (так называемые реакции гидролиза). Хотя боргидрид натрия перспективен с химической точки зрения, его токсичность и рыночная оптовая цена более 15 евро/кг ограничивают его использование.С другой стороны, было много попыток сделать возможным применение потенциально более дешевого и нетоксичного гидрида магния для эффективной и контролируемой реакции с водой. Примечательной особенностью реакции гидролиза гидрида магния является то, что половина произведенного водорода вырабатывается из воды:MgH2 + 2 H2O → 2 H2 + Mg(OH)2Тем не менее, предыдущие попытки получить водород в результате реакции гидрида магния и воды c контролем реакции до такой степени, что становится возможным мгновенный запуск/остановка и полное отслеживание нагрузки топливного элемента, были безуспешными. Одна из причин - образование пассивирующих слоев на гидриде магния при контакте с водой. Однако, как продемонстрировал Fraunhofer IFAM, добавление некоторых солей металлов к гидриду магния может эффективно уменьшить образование этих пассивирующих слоев.Другая причина заключается в том, что, в отличие от NaBH4, гидрид магния не может образовывать метастабильные водные растворы, что затрудняет строго контролируемую реакцию. Только благодаря изобретению полутвердой композиции POWERPASTE, которая содержит гидрид магния и вышеупомянутые соли металлов, а также нетоксичный эфир, Fraunhofer IFAM смог создать топливо со следующей уникальной комбинацией свойств:
 Рис. 6: Динамика реакции чистого гидрида магния, гидрида магния + добавка соли металла и POWERPASTEДля производства водорода с помощью POWERPASTE не требуется специальной подготовки воды. Реакция протекает с водой различного качества (в частности, различной жесткости) и возможна даже с морской водой.Коммерческое использование энергосистем на базе POWERPASTEОсновными компонентами системы электропитания POWERPASTE являются: картридж POWERPASTE, резервуар или резервуар для воды, водородный генератор, топливный элемент PEM, исполнительные механизмы, электроника и буферная / резервная батарея. Общий вид такого источника энергии можно увидеть на следующей схеме:  Рис. 7: Общая схема источника энергии на основе POWERPASTEПутем дозирования точных количеств POWERPASTE и воды, реакция в водородном генераторе контролируется таким образом, что количество производимого водорода точно совпадает с потреблением водорода топливным элементом, обеспечивая низкое давление в системе и, следовательно, уменьшает ее вес. Заправка означает просто замену картриджей, что делает ее чрезвычайно быстрой. =========== Источник: habr.com =========== =========== Автор оригинала: Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM ===========Похожие новости:
Энергия и элементы питания ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 26-Ноя 16:18
Часовой пояс: UTC + 5