Ученые разработали водородный топливный элемент с быстрой зарядкой
Метод сокращения времени зарядки твердотельных водородных топливных элементов разработали исследователи из Технологического университета Сиднея (UTS) и Технологического университета Квинсленда (QUT), 12 августа сообщил сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу UTS.
Результаты своей работы ученые обнародовали в статье «Оптимизация конструкции системы хранения энергии водорода на основе металлгидрида магния», опубликованной в журнале Scientifc Reports.
В статье авторы отмечают, что в настоящее время в мировом масштабе идет переход от энергетических ресурсов, основанных на ископаемом топливе, к возобновляемым видам энергии. Поскольку многие виды возобновляемой энергии, например, ветер и солнечная энергия, обеспечивают электроэнергию неравномерно, для регулирования нагрузки требуются накопители энергии.
В связи с этим многими исследователями рассматриваются накопители энергии на основе водорода, потому что водород может быть использован и в качестве «зеленого» альтернативного топлива, и среды для хранения энергии. Кроме того, водород, по сравнению с ископаемым топливом, обеспечивает более высокую энергетическую мощность на единицу массы.
Из существующих четырех основных типов хранения водородной энергии: сжатый газ, подземное хранение, жидкое хранение и твердое хранение, — наиболее используемым типом, в том числе в топливных элементах транспортных средств, является сжиженный водород.
Однако такое хранение обеспечивает низкую объемную плотность водорода (около 0,089 кг на куб. м) и создает проблемы безопасности из-за необходимости высокого давления. Исследователей из Технологического университета Сиднея привлек вариант хранения твердого водорода, в частности, потому что такой способ обеспечивает большую емкость хранения водорода при низком рабочем давлении и высокой безопасности.
«Технология хранения водорода на основе металлгидридов идеально подходит для производства водорода на месте путем возобновляемого электролиза. Он может хранить водород в течение длительного времени, а при необходимости его можно преобразовать в газ или в форму тепловой или электрической энергии при преобразовании через топливный элемент», — пояснил доктор Сайдул Ислам из UTS.
Однако их медленная кинетика поглощения водорода гидридом металла из-за его низкой теплопроводности значительно снижает эффективность хранения. Быстрый отвод тепла из хранилища может повысить скорость поглощения им водорода, что приведет к повышению производительности хранения.
Для решения этой проблемы исследователи разработали новый метод. Первый автор статьи, кандидат наук в Школе машиностроения и мехатроники UTS Пучани Ларпруенруди рассказал о том, что сделали ученые:
«Несколько внутренних теплообменников были разработаны для использования с металлогидридным хранилищем водорода. К ним относятся прямые трубы, спиральные или спиральные трубы, U-образные трубы и ребра. Использование спирального змеевика значительно улучшает тепло- и массообмен внутри хранилища».
Такой эффект обеспечила вторичная циркуляция и большая площадь поверхности для отвода тепла от порошка гидрида металла к охлаждающей жидкости.
Для повышения эффективности теплопередачи исследователями был разработан спиральный полуцилиндрический змеевик. Такая конструкция обеспечила сокращение времени зарядки водородом на 59%.
В настоящее время команда работает над численным моделированием процесса десорбции водорода и улучшением времени абсорбции, дорабатывая конструкцию полуцилиндрического змеевика-теплообменника.
В планах у них разработка новой конструкции водородного накопителя энергии на других типах теплообменников.
