Материалы и системы для водородного аккумулирования энергии: гидридобразующие интерметаллические соединения с заданными водород-сорбционными характеристиками и компактные и безопасные аккумуляторы водорода многократного действия на их основе способные к интегрированию с электрохимическим генератором водорода (электролизером) и водород-воздушным топливным элементом.

Стадия разработки УГТ 5 – Апробация компонентов технологии в условиях, приближенных к реальным

Ключевые слова: Водород, гидрид, акккумулятор водорода, водородные энерготехнологии, электрохимический генератор водорода, топливный элемент, водородная энергетика, возобновляемая энергетика, ресурсосбережение, экология

Наличие результатов интеллектуальной деятельности

■ Полезная модель «Металлогидридный аккумулятор водорода многократного действия с улучшенным теплообменом».
Авторы: Б.П.Тарасов, К.Л.Каган, П.В.Фурсиков, В.Н.Фокин, А.А.Арбузов, А.А. Володин. 

Патент РФ № 167781, дата приоритета 27.11.2015 (заявка № 2015150931), выдан 10.01.2017.
■ Изобретение «Никель-графеновый катализатор гидрирования и способ его получения». Авторы: Арбузов А.А., Можжухин С.А., Володин А.А., Фурсиков П.В., Тарасов Б.П. 

Патент РФ № 2660232, дата приоритета 15.06.2016 (заявка № 2016123445), выдан 10.07.2018.
■ Изобретение «Водород-аккумулирующие материалы и способ их получения». Авторы: Арбузов А.А., Можжухин С.А., Володин А.А., Фурсиков П.В., Тарасов Б.П. 

Патент РФ № 2675882, дата приоритета 21.12.2016 (заявка № 2016150246), выдан 25.12.2018.
■ Ноу-хау «Металлогидридный безосколочный контейнер для аккумулирования водорода многократного действия», приказ по ИПХФ РАН от 3/11-2015 № 24/РСО.
■ Ноу-хау «Композитный и безопасный аккумулятор водорода с улучшенным теплообменом в засыпке водород-аккумулирующего материала», приказ по ИПХФ РАН от 19/10-2016 № 5/РСО. 

Краткое описание

В металлогидридных аккумуляторах водорода многократного действия реализована металлогидридная технология хранения водорода, предусматривающая хранение водорода в связанном состоянии с равновесным давлением сорбции и десорбции до 30 атм в диапазоне температур от –50°C до +50°C. Принцип действия аккумуляторов основан на обратимой реакции гидрирования различных металлов, интерметаллических соединений, сплавов и композиционных материалов. Металлогидридные аккумуляторы являются основным компонентом систем резервного электропитания и аккумулирования энергии, где они интегрированы с электролизным генератором водорода и топливным элементом. В таких системах водород производится электролизом воды при избытке электроэнергии, обратим охранится в виде металлогидридов и преобразуется с помощью топливного элемента в электрическую энергию. На основе металлогидридных аккумуляторов водорода в рамках Государственного контракта «Разработка и создание водородной системы резервного электроснабжения и аккумулирования энергии» (шифр заявки «2014-14-576-0121-031») была разработана водородная система резервного электроснабжения и аккумулирования энергии. В данной системе аккумуляторы заправляются водородом непосредственно от электролизера, а выделяющийся из аккумуляторов водород без дополнительных приспособлений используется для питания топливных элементов, что обеспечивает простоту конструкции и возможность создания гибко масштабируемой модульной системы с естественной воздушной терморегуляцией. Встроенная система управления позволяет обеспечить полную автоматизацию работы водородной системы электропитания и аккумулирования энергии с возможностью удаленного мониторинга ее состояния. В настоящее время работы в данном направлении проводятся в рамках Соглашения с Минобрнауки «Разработка экологически чистой и ресурсосберегающей технологии аккумулирования электроэнергии с использованием водорода в качестве энергоносителя» (шифр заявки «2018-14-000-0001-523»)

Преимущество и назначение

Достоинствами металлогидридных материалов являются высокое объемное содержание водорода, широкий интервал рабочих давлений и температур, постоянство давления при гидрировании и дегидрировании, регулируемость давления и скорости выделения водорода. Металлогидридные аккумуляторы водорода просты по конструкции, надежны и безопасны при эксплуатации, имеют низкую вероятность утечек водорода из-за невысокого давления, выделяют высокочистый водород, бесшумны, компактны. Относительно низкое давление позволяет потребителям не получать дополнительных разрешительных документов на эксплуатацию водородных систем и не оформлять соответствующую категорию безопасности. Аккумуляторы могут заправляться водородом непосредственно от электролизера, а выделяющийся водород без дополнительных приспособлений может использоваться для питания топливных элементов.
Системы резервного электроснабжения и аккумулирования энергии обеспечивают длительное питание оборудования за счет водородного аккумулирования энергии путем генерирования водорода электролизом воды, аккумулирования водорода в металлогидридах и производства электроэнергии в топливных элементах.
Система резервного электроснабжения способна обеспечить следующие качественные характеристики: надежность (малое количество подвижных деталей и отсутствие разрядки в режиме ожидания), энергосбережение, низкий уровень шумов, устойчивость работы в диапазоне температур от –50°C до +50°C, адаптивность (возможность установки на улице и в помещении), блочно-модульное построение для удовлетворения широкого спектра требований потребителей, масштабируемость мощности и энергоемкости, минимальное ежегодное техническое обслуживание, экономичность в процессе эксплуатации, экологическую безопасность (низкий уровень выбросов с минимальным воздействием на окружающую среду).
Применение водородной системы резервного электроснабжения и аккумулирования энергии позволяет:
– снизить эксплуатационные затраты при обеспечении функционирования систем резервного электропитания;
– уменьшить габаритные размеры хранилища водорода
– снизить суммарные затраты владения системой резервного электроснабжения;
– повысить надежность систем электропитания;
– повысить экологичность систем резервного электропитания из-за наличия в выбросах только водяного пара и отсутствия необходимости переработки вредных и загрязняющих веществ после завершения срока эксплуатации;
– повысить эффективность использования возобновляемых источников энергии с помощью систем аккумулирования энергии.

Области применения

• Электроэнергетика: резервное электропитание вместо дизельных генераторов и электрохимических аккумуляторных батарей,
• Телекоммуникация: повышение надежности электропитания оборудования,
• Электротехника: бесперебойное питание ключевых узлов корпоративной сети и критичных объектов,
• Возобновляемая энергетика: повышение эффективности использования солнечных и ветровых электрогенераторов,
• Промышленная энергетика: для сглаживания неравномерного графика выработки и потребления энергии, для выравнивания суточного графика нагрузки в бытовых и промышленных электросетях.
Системы для водородного аккумулирования энергии позволят удовлетворить спрос на системы резервного электроснабжения со стороны ответственных потребителей в отраслях телекоммуникаций и обработки данных, автоматизации и обеспечения безопасности в атомной энергетике, транспортной инфраструктуры, локальных объектов инфраструктуры, а также в распределенных сетях энергоснабжения в случае аварийных ситуаций.

 Контакты:
    Голосов Евгений Витальевич
    зам. директора, к.ф.-м.н.
    Тел.      +7(49652) 2-16-02
    E-mail:  golosov@icp.ac.ru