Использование ТГА высокого давления (ТГА-ВД) для исследования водородных аккумуляторов на основе углеродных материалов
АННОТАЦИЯ
В этой статье обсуждаются вопросы использования ТГА высокого давления (ТГА-ВД) для исследования водородных аккумуляторов на основе углеродных матриц.
ВВЕДЕНИЕ
Хранение водорода на борту автомобиля в количестве достаточном для дальних поездок сталкивается со значительными проблемами. В весовом плане водород выгодней бензина (120 МДж/кг для водорода против 44 МДж/кг для бензина). Однако, при сравнении объемов ситуация изменяется кардинально (8 МДж/л для жидкого водорода против 32 МДж/л для бензина). Водородный бак размерностью 5 – 13 кг уже требует шасси небольшого грузовика.
Энергетическая плотность газообразного водорода может быть повышена хранением под высоким давлением. Это требует особые материалы и технические разработки для обеспечения безопасности. Применение технологий компримирования также требует повышение эффективности и снижение стоимости производства водорода высокого давления. В настоящее время существует три основных подхода в хранении водородных материалов: абсорбция, адсорбция и химическое взаимодействие.
Абсорбция. При абсорбции водород сорбируется непосредственно в объеме материала. Так при образовании кристаллических гидридов металлов абсорбция проявляется во внедрении атомарного водорода в межузловое пространство кристаллической решетки.
Адсорбция. Адсорбцию по энергетике механизмов сорбции можно разделить на физическую и хемосорбцию. При физической адсорбции образуются менее прочные связи, чем при хемосорбции водорода. Процессы сорбции обычно требуют пористых материалов для увеличения площади поверхности доступной для сорбции водорода, и позволяют достаточно легко насыщать и извлекать водород.
Химическое взаимодействие. Химический способ хранения водорода (для генерации и накопления) включает реакции замещения. В качестве примера можно привести метал-гидридные комплексы на основе алюмогидрида натрия. В большинстве случаев реакции образования водорода необратимы при нормальных условиях. Поэтому процесс получения водорода можно проводить непосредственно в автомобиле, однако регенерация исходного материала должна выполняться в стационарных условиях.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
ТГА высокого давления прекрасный инструмент для исследования при различных температурах и давлениях эффективности абсорбции и хранения газов, таких как водород. Приборы серии TGA-HP производства компании TA Instruments это специализированные термогравиметрические анализаторы с уникальной возможностью проведения экспериментов при высоких давлениях, температурах, в условиях глубокого вакуума и агрессивной атмосферы. Эти приборы разработаны для исследований сорбции воды, паров органических веществ, водорода, метана, оксидов углерода, а так же атмосферных и агрессивных газов.
Используя метод с постоянной продувкой анализаторы TGA-HP позволяют получать изотермы, изобары и временные зависимости при изучении:
- взаимодействия газ/твердое тело;
- окисления/восстановления металлов;
- деградации керамики;
- катализаторов, цеолитов, активированных углеродных материалов и др.
- способов утилизации CO2
На рисунке 1 показана адсорбция газообразного H2 на активированной углеродной матрице при 25°C (273 K), измеренной с системы ТГА-ВД. Отметим, что адсорбция измерена d широком диапазоне давлений, от вакуума до 80 атм.
Рисунок 1 – Количественная характеристика сорбции H2 на активированной углеродной матрице.
ССЫЛКИ