Профессор, д. т. н. ФОМИН В. М.

Глава 2.

Системы АККУМУЛИРОВАНИя ВОДОРОДА

2.2. Трубопроводная транспортировка водорода

Трубопроводный транспорт газообразного водорода к АЗС может осущест­вляться с помощью технических средств, аналогичных применяемым сегодня для транспорта природного газа. Естественно, что оптималь­ное давление, диаметр трубопровода, шаг компрессии, оборудование (компрессоры и т.д.) для водорода будут иными, чем для природного газа, в некоторых случаях может потребоваться и применение иных ма­териалов.

Существующие системы трубопроводного транспорта при­родного газа также могут быть использованы для транспортировки во­дорода или смесей водорода с другими газами при относительно невы­соком давлении, однако при этом параметры системы не будут опти­мальными. Затраты энергии на компримирование водорода при его трубопроводной транспортировке в расчете на единицу передаваемой энергии примерно в 4 раза превосходят затраты энергии при транспор­тировке природного газа по тому же трубопроводу.

Определенный опыт трубопроводной транспортировки водорода и его смесей с другими газами накоплен в мировой практике. Смесь водорода с оксидом углерода (так на­зываемый водяной или городской газ) широко использовалась в Ев­ропе и передавалась по трубам при низких давлениях с середины прош­лого столетия.

В Германии на предприятиях Chemische Werke Huls AG в Руре эксплуатируется подземный трубопровод для транспортировки газообразного водорода (более 10⁵ т условного топлива в год при максимальном расходе 18 т/ч) под давлением от 1,5 до 4 МПа общей длиной 210 км при диаметрах труб от 150 до 300 мм. Водород распределяется девяти потребителям, система не имеет промежуточных компрессорных уста­новок, водород подается в нее в четырех раздельных пунктах. Суммар­ные потери водорода по системе не превосходят 1%.

В ЮАР в районе Иоганесбурга эксплуатируется трубопровод длиной около 80 км, по которому транспортируется смесь углеводородных газов с 50% водо­рода.

В районе Хьюстона (США, Техас) эксплуатируются подземные трубопроводы общей длиной около 100 км для транспортировки водо­рода и оксида углерода диаметром от 100 до 300 мм. Водород чисто­той 99,5% передается по трубопроводу под давлением от 0,34 до 5,5 МПа. В США на некото­рых исследовательских стендах НАСА для хранения и распределения водорода применяются сосуды высокого давления и трубопроводы из высокопрочной легированной стали длиной несколько километров, по которым транспортируется водород при давлениях до 103 МПа.

В Тессиди (Англия) из подземного хра­нилища водород чистотой 95 % в количестве около 80 тыс.т условно­го топлива в год транспортируется потребителям по наземным трубо­проводам длиной около 16 км под давлением 5 МПа.

Относительно короткие трубопроводы для транспортировки водоро­да и смесей водорода с другими газами (несколько километров дли­ной) эксплуатируются и во многих других странах. Следует отметить, что подавляющее большинство функционирующих сегодня систем трубопроводного транспорта водорода не имеет промежуточных ком­прессорных установок.

Трубопроводный транспорт газообразного водорода может осущест­вляться различным образом:

-         путем перевода существующих систем трубопроводов для транспор­тировки природного газа на транспортировку водорода;

-         путем инъекции водорода в существующие сети транспортировки природного газа и смеси природный газ—водород;

-         по специально созданным для транспортировки водорода системам трубопровода.

Многие авторы указывают на то, что при обычных температурах и относительно невысоких давлениях (до 7—10 МПа по различным дан­ным) трубопроводный транспорт газообразного технического водоро­да может осуществляться с помощью обычных технических средств, применяемых для трубопроводного транспорта природного газа, и не требует применения дорогостоящих и дефицитных материалов.

При более высоких давлениях, в особенности при транспортировке особо чистого водорода, иногда может наблюдаться водородное охрупчивание обычно применяемых материалов и необходимо применение спе­циальных легированных сталей. Наличие в водороде примесей других газов — кислорода, углеводородов и таких как СО₂, СО, S0₂ - обыч­но приводит к ингибированию взаимодействия водород—металл и защищает материал от охрупчивания, однако этот воп­рос в настоящее время изучен недостаточно [8].

Оценки, исходящие из физико-химических свойств газообразного водорода (плотность, вязкость, теплота сгорания), показывают, что оптимальным давлением для его трубопроводного транспорта является до 14 МПа. Однако в связи с отмеченными выше особенностями взаимодействия водорода с материалом трубопровода представляется более рациональным исполь­зование систем крупномасштабного трубопроводного транспорта во­дорода под давлением не выше 7…7,5 МПа. Компрессоры, используе­мые при таком транспорте водорода, будут отличаться от таковых для природного газа прежде всего большим числом ступеней и большими сечениями. Мощность компрессора в расчете на единицу передаваемой энергии для водорода должна быть примерно в 3…4 раза больше, чем для природного газа. Стоимость таких компрессоров в расчете на единицу передаваемой мощности для водорода оказывается на 30…50 % выше, чем для природного газа. По оценкам [9] стоимость трубопроводно­го транспорта водорода под давлением 7 МПа в расчете на единицу энер­гии будет в 1,5…2,5 раза превосходить стоимость такого же транспорта природного газа.

Стоимость распределения водорода по локальным отводам превы­шает стоимость распределения природного газа на единицу передавае­мой энергии в 2…2,5 раза в зависимости от расстояния и объема по­требления. Институтом технологии газа США выполнено эксперимен­тальное исследование возможности использования для распределения газообразного водорода многочисленным мелким потребителям су­ществующих систем, созданных для распределения природного газа [10]. Исследование показало, что при прочих равных условиях поте­ри водорода из системы по объему в 3—3,5 раза превосходят потери природного газа, т.е. потери энергии практически эквивалентны. Объем­ный расход водорода в 2,5…3 раза больше, чем природного газа, что позволяет передать при тех же условиях в водороде 80…90% энергии, передаваемой в природном газе, несмотря на то, что объемная тепло­творность водорода в 3 раза ниже, чем природного газа.

После шести месяцев эксплуатации системы распределения не обнаружено каких-либо повреждений или изменений труб и других металлических частей системы, пластиковые и резиновые материалы, использованные в систе­ме, претерпели незначительные изменения, несущественные для рабо­тоспособности системы. Таким образом, использование существующих систем распределения природного газа для распределения водорода, по-видимому, возможно, однако этот вывод требует дополнительного подтверждения при более длительных испытаниях.

Исследование возможности трубопроводного транспорта водорода в смеси с природным газом по существующим системам его транспор­та и распределения, выполненное рядом лабораторий США [11], показа­ло, что при объемном содержании водорода в смеси до 40 % существую­щие системы транспорта газа практически не требует модернизации. 

Для большинства сегодняшних потребителей природного газа вполне приемлема технически его замена смесями с водородом при объем­ном содержании водорода до 20—25% без заметной модернизации обо­рудования, но при использовании смесей с содержанием водорода вы­ше 20-25% потребуется существенная и дорогостоящая модернизация. Для потребителей чистого водорода при снабжении по таким системам потребуется создание эффективных устройств для выделения водорода из смесей с природным газом. Такие устройства различных типов раз­рабатываются сегодня во многих научных центрах.

Системы совместного трубопроводного транспорта водорода и при­родного газа при объемном содержании водорода до 20% по оценкам [11] могут оказаться эффективными в перспективе. В таких систе­мах может осуществляться и аккумулирование водорода путем изме­нения его концентрации в смеси.

В настоящее время большинство крупномасштабных потребителей используют водород при относительно невысоких давлениях. В то же время, автомобильный транспорт в относительно небольших масштабах использует водород при высоких давлениях (более 10 МПа). Затраты энергии и стоимость оборудования для сжа­тия водорода до таких давлений при условии сохранения его чистоты и относительно небольших масштабах потребления  приводят к большому удорожанию производства. В этих условиях может оказаться более эффективным примене­ние комбинированной системы хранения.

В этом случае доставка во­дорода и его хранение на заправочных станциях осуществляется в жидком виде в специальных цистернах. По мере необходимости жидкий водород подается из цистерны, сжимается компрессором до необходимого дав­ления и закачивается в испаритель, в котором испаряется за счет низ­копотенциальной теплоты, поступающей из окружающей среды или от другого источника, затем водород попадает в буферные емкости высокого давления, из которых поступает на заправку ТС.

Такая система допускает длительное хранение водорода. Конечно, в этом случае необходимо приме­нять дорогостоящие легированные материалы. Однако, несмотря на это, а также на то, что ожижение водорода приводит к его удорожа­нию, применение такой системы хранения и распределения водорода для указанных потребителей оказывается более выгодным, чем снаб­жение газообразным при низком давлении с последующими операция­ми его хранения, очистки и компримирования [11]

................

 2.5. Аккумулирование водорода в твердофазном связанном состоянии в гидридах металлов

Идея использования гидридов металлов для аккумулирования во­дорода в твердофазном связанном состоянии была выдвинута во вто­рой половине 60-х годов прошлого столетия. Активные исследования и разработки в этой области в последующие годы привели к созданию эффективных погло­щающих сплавов и систем аккумулирования водорода с их исполь­зованием.

Наиболее эффективными для аккумулирования водорода оказались интерметаллические соединения и сплавы, в число компонентов кото­рых входят металлы, способные к образованию устойчивых бинарных гидридов. Содержание водорода в бинарных гидридах, в первую оче­редь в гидридах легких металлов, таких как Be, Al, Mg, Ti, достаточно высоко.

Однако они не могут быть использованы в качестве аккумуляторов водорода в связи с тем, что кинетика сорбции—десорб­ции для них очень чувствительна к наличию малых примесей в водоро­де и в металлах, а равновесие синтез-диссоциация устанавливается весь­ма медленно даже при высоких температурах и давлениях.

Вместе с тем при взаимодействии водорода с интерметаллическими сое­динениями (ИМС) и сплавами, содержа­щими эти металлы, уже при умеренных температурах (25…100 °С) и давлениях (0,1…10 МПа) происходит активное поглощение водо­рода металлическими порошками с об­разованием гидридных фаз. Причем рав­новесие между газовой и твердой фазами устанавливается за относи­тельно короткое время.

Возмож­ность смещения равновесия при от­носительно небольшом изменении внешних условий (температуры и давления в реакторе) позволяет использовать гидридные фазы на основе полиметаллических компози­ций в качестве обратимо действующих аккумуляторов водорода.

Реакция образования и диссоциации гидридов может быть в обоб­щенной форме записана как:

где Me - металл (элемент, сплав или интерметаллическое соединение); МеН_х - его гидрид.

Идеализированные изотермы давление — состав для типичной систе­мы металл-водород схематично изображены на рис. 2.10.

Первый учас­ток изотермы (от начала координат до точки А) соответствует раство­рению водорода в металле, и зависимость давления от состава прибли­женно описывается квадратичной параболой в соответствии с зако­ном Генри рн₂ = к(Н/Ме)². На участке А-В сосуществуют насыщен­ный раствор водорода в металле состава (Н/Ме)_А и гидридная фаза состава (Н/Ме)_В.

 

    Рис. 2.10. Изотермы давление - состав для ти­пичной системы металл—водород:

-  -  -  сорбция;              -∙-·- десорбция.

При дальнейшем увеличении давления (выше точки В) изменяется состав гидридной фазы. При изменении температуры изме­няется положение и участок "плато". Наконец, при температурах, пре­вышающих критическую, "плато" отсутствует - происходит непре­рывный переход от истинного раствора к гидридной фазе переменного состава, т.е. при Т > Т_К эти фазы неразличимы.

Собственно аккумули­рование водорода происходит при изменении относительного количест­ва гидридной и металлической фаз на участке "плато" при постоянном давлении, а максимальное количество обратимо поглощаемого и выде­ляемого водорода определяется величиной "плато".

Гистерезис про­цессов сорбции-десорбции, показанный на рис. 10, наблюдается для многих систем и связан, по-видимому, с резким увеличением мольного объема при переходе от слабо концентрированного к концентрирован­ному гидриду. В настоящее время явление гистерезиса не имеет пол­ного теоретического объяснения. Большинство исследователей прини­мает в качестве равновесного давления на "пла­то" давление десорбции р_d.

Обычно гистерезис количественно харак­теризуется отношением давления абсорбции к давлению десорбции на "плато" при фиксированной температуре. Температурная зависимость гистерезиса различна для различных систем.

Для многих гидридов металлов энтропия их образования имеет боль­шое отрицательное значение [около 100 Дж/(К·моль Н₂)]. Для большинства систем реакция гидрирования протекает экзо­термически с тепловым эффектом (ΔH) от 25 до 75 кДж/моль Н₂, а обратная реакция дегидрирования - эндотермически. К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал по взаимо­действию различных интерметаллических соединений (ИМС) с водоро­дом [20]. Установлено, что гидриды на основе ссплавов ИМС могут быть использованы для аккумулирования водорода в доста­точно широком интервале температур и давлений.

Энтальпия (теплоты реакции) гидрирования и дегидрирования явля­ется весьма важным параметром с практической точки зрения при создании автомобильных металлогидридных систем аккумулирования. В связи с этим следует отметить, что из-за наличия гистерезиса для некоторых систем эти теплоты несколько различаются. Это различие, впрочем, для боль­шинства систем не превышает 10%. Не менее важным, чем наличие гистерезиса, с инженерной точки зрения является то обстоятельстве что для многих практически важных систем "плато" в координатах Р_Н2 — (H/Me) не параллельно оси состава, т.е. процессы сорбции-десор­бции на "плато" осуществляются не при р_Н2 = const, а при переменном давлении водорода [20]. Наклон "плато" связан с наличием различного рода неоднородности в системе как мелкомасштабных -существенных на расстояниях, сопоставимых с размерами частиц метал­лического порошка (сегрегация примесей, неоднородность микрострук­туры, наличие окисных пленок и т.д.), так и крупномасштабных— су­щественных на расстояниях порядка размеров всего устройства для аккумулирования (наличие градиентов температуры, неоднородностей размеров частиц и т.д.).

Наклон участка "плато", определяемый мелкомасштабными неоднородностями, может быть снижен до неко­торого минимального уровня путем проведения ряда дополнительных технологических операций при подготовке активированного порошка ИМС. Остаточный наклон, определяемый мелкомасштабными неоднородностями, неустранимыми при измельчении и активирования порош­ка сплава, является характерной для каждого конкретного сплава величиной и должен учитываться при проектировании соответствую­щих металлогидридных аккумуляторов водорода. Этот наклон "плато" может быть измерен в квази­статических ("равновесных") экспериментах при исследованиях свойств сплавов. Наклон участка «плато», связанный с крупномасштабными неоднородностями, определяется, главным образом, конструкцией аккумулирующего устройства, способом его нагрева и охлаждения, требуемой скоростью поглощения и выдачи водорода и т.д. и может быть установлен только в результате испытаний элементов конкретных систем хранения.

В настоящее время для аккумулирования водорода используется большое число различных сплавов. Если обозначить через А - гидридо-образующие элементы, а через В — элементы, относительно слабо взаи­модействующие с водородом, то большинство практически важных сплавов-аккумуляторов водорода можно подразделить на четыре типа:

АВ-сплавы (типичные представители: TiFe, TiFe_0,8Ni_0,2 и др.) гидри­руются по реакциям типа

TiFe + 1/2Н₂ ↔ TiFeH ;

TiFeH + 1/2Н₂ ↔ TiFeH₂

с образованием двух гидридных фаз. В связи с этим "плато" на изотер­мах часто имеет две "ступеньки". Все практически используемые спла­вы АВ-типа основаны на системе TiFe, часто модифицируемой добав­ками Mn, Cr, Co, Ni, V.

АВ₅ -сплавы (типичные практически применяемые представители: LaNi₅, MmNi₅, MmNi₄,₁₅Fe_0,88 и др.) изучаются с начала 70-х годов, характеризуются относительно мягкими условиями гидрирования, широким спектром разнообразных р-Т-С- диаграмм, различным числом гидридных фаз, относительной стой­костью к дезактивации кислородсодержащими газами и некоторыми другими газообразными примесями.

Наиболее детально изучено взаимо­действие с водородом сплава LaNi₅, который в последнее время часто используется как эталон сравнения при анализе гидридных систем ак­кумулирования. Из-за высокой стоимости лантана практическое применение этого сплава в больших масштабах затруднительно, и в последнее время лан­тан в сплавах этого типа заменяют на мишметалл (Mm) - сплав редкоземельных элементов с типичным составом: Се (45-50%); La (32-34%); Nd (13-14%); Рr (4-5%); другие - около 1,5%. Выбором типа сплавов ИМС на основе мишметаллов можно варьировать положение "плато" и другие свойства. Мишметаллы дают не адекватные давления диссоциации гидридных фаз из-за различных пропорций редкоземельных металлов. Сплавы АВ₅ с мишметаллами в последнее время находят все более широкое использование из-за их относительно меньшей стоимости по сравнению со сплавами АВ-типа.

АВ₂-сплавы (типичные представители: ZnFe₂, ZrFe_1,5Cr_0,5 и др) - семейство сплавов ИМС, давно известных кристаллографам как фазы Лавеса. Сплавы этого типа вблизи температуры окружающей среды имеют дос­таточно высокие давления диссоциации, массовое содержание водоро­да до 2 % и относительно недороги.

А₂В-сплавы (прототипы Mg₂Ni или Mg₂Cu) характеризуются высо­ким массовым содержанием доступного водорода (до 4—5%), доста­точно высокими температурами диссоциации при атмосферном давле­нии (около 300⁰С), высокими значениями теплового эффекта ΔH и относительно невысо­кой стоимостью. Соединение Mg₂Ni, образующее гидрид в соответ­ствии с реакцией Mg₂Ni ↔ Mg₂NiH₄, является хорошим катализаторам для образования гидрида магния MgH₂, поэтому системы Mg + Mg₂Ni с различным содержанием никеля образуют широкий спектр сплавов для аккумулирования водорода с высоким его массовым содержа­нием при температурах около 300-350⁰С и р_Н2 ~ 0,1 МПа.

Система Mg—Сu образует два интерметаллических соединения: Mg₂Cu и MgCu₂, из них только Mg₂Cu активно гидрируется при температуре 300⁰С и давлении 0,1 МПа.

Как и Mg₂Ni, Mg₂Cu значительно легче гидрируется, чем Mg, и добав­ление относительно небольших количеств Mg₂Cu к Mg способствует образованию гидрида магния. В настоящее время изучено большое количество сплавов магния в качестве возможных аккумуляторов во­дорода системы на основе Mg-Cu, Mg-Ni, Mg-Cu-Ni, Mg-Al, Mg-Се с различными добавками и другие, и разрабо­тан широкий спектр конкретных сплавов для создания систем акку­мулирования водорода при температурах около 300⁰С с высоким мас­совым его содержанием (до 4-5 %).

В различных лабораториях получена обширная информация о физико-химических свойствах сплавов, применяемых для аккумулирова­ния водорода. Важными для инженерных приложений являются такие параметры, как плотность гидрида ρ, относительное изменение объема сплава δV при гидрировании и его эффективная теплопроводность [20].

Для сплавов на основе FeTi плотность гидридов ρ и относительное изменение объема δV металла при гидрировании составляют ρ = 5,5…6,5 г/см³ и δV = 20%, для сплавов на основе LaNi₅  ρ = 6,5…8,3 г/см³, δV ~ 25…28%, для сплавов на основе Mg₂Ni  ρ = 2,6 г/см³, δV =  25…30%.

По­скольку в процессах гидрирования-дегидрирования аккумулирующие сплавы довольно существенно изменяют объем (на 20-30%), кон­струкция устройства должна предусматривать возможность расшире­ния частиц сплава без деформации или разрушения контейнера. Кроме того, при многократном повторении циклов гидрирования происхо­дит уменьшение первоначальных размеров частиц сплава, что, естест­венно, сказывается на таких важных характеристиках, как эффектив­ная теплопроводность и проницаемость засыпки. Окончательные раз­меры частиц устанавливаются после нескольких десятков (иногда со­тен) циклов и составляют несколько микрометров. Поскольку активи­рованный сплав является мелкодисперсным порошком, в процессе работы аккумулятора водорода со свободной засыпкой сплава мо­жет происходить флюидизация засыпки и вынос порошка из контей­нера. Для предотвращения этих нежелательных явлений применяет­ся тонкие фильтры, пористые трубы, капсулирование, композитные материалы из частиц интерметаллида, заключенных в матрицу из ме­таллов и других материалов, и т.д.

Эффективная теплопроводность активированных порошков интер­металлида достаточно низка и зависит от размера частиц, температуры и давления водорода. При низких давлениях (до 100 Па) перенос теп­лоты водородом по поровому пространству невелик и теплопровод­ность засыпки составляет около 0,1…0,2 Вт/(м·К). С ростом давления водорода возрастает конвективный перенос тепла в засыпке и эффек­тивная ее теплопроводность увеличивается до 0,5..1,5 Вт/(м·К) при р ~ 0,1…5 МПа [21].

Существенное увеличение эффективной тепло­проводности среды аккумулирования может быть достигнуто путем создания композитных материалов из частиц интерметаллида, заклю­ченных в матрицы из Al, Cu, Ni. Эффективная теплопроводность та­ких материалов может достигать 1…12 Вт/(м·К). В настоящее время получены опытные образцы таких материалов с алюминиевой матри­цей с теплопроводностью до 5…7 Вт/(м·К) [20].

Применение компо­зитных материалов позволяет одновременно с увеличением теплопро­водности решить и проблему уноса частиц. Однако в таких системах, естественно, несколько уменьшается массовое содержание аккумулируемого водорода по сравнению со свободной засыпкой. Кроме того, композитные материалы на единицу хранения водорода оказываются пока существенно дороже, чем сплавы интерметаллидов. В большинстве созданных к настоящему време­ни опытно-промышленных и коммерческих металлогидридных аккумуляторов водорода используется свободная или свободно-секционированная засыпка порошка сплава.

Важнейшими режимными пока­зателями работы системы аккумулирования являются скорости погло­щения и выдачи водорода (временные интервалы циклов сорбции и десорбции). Относительно большие тепловые эффекты процессов сор­бции- десорбции и низкая эффективная теплопроводность среды акку­мулирования приводят к тому, что уже при относительно небольших требуемых потоках поглощаемого или выдаваемого устройством во­дорода в среде аккумулирования реализуются существенные градиен­ты температуры и состава, а давление водорода существенно отличает­ся от равновесного. В связи с этим динамические кривые сорбции-де­сорбции сильно отличаются от равновесных диаграмм р-Т-(Н/Ме) и размер петли гистерезиса и наклон "плато" резко возрастают. Гистерезис и наклон "плато" существен­но возрастают с ростом расхода водорода. Существенно изменяются и зависимости давлений на "плато" абсорбции и десорбции от  темпера­туры. 

Динамические кривые характеризуют работу аккумулирующего устройства в целом. Их конкретный вид в большой степени определяется организацией процесса тепломассообмена в среде акку­мулирования. Задача обеспечения эффективного тепломассообмена в среде аккумулирования при работе металлогидридных аккумулято­ров водорода является весьма сложной и приобретает первостепенное значение при создании таких систем хранения с заданными характе­ристиками.

Фактором, лимитирующим скорость выделения и поглощения водо­рода аккумулятором, в большинстве практически важных случаев яв­ляется тепломассообмен в слоях частиц интерметаллида, а не кинети­ка сорбции-десорбции на отдельных частицах. Скорость перезарядки аккумулятора зависит также от того, насколько давление водорода в контейнере превышает равновесное p_s(Т), соответствующее темпе­ратуре частиц интерметаллида.

На рис. 2.11 и 2.12 приведены кривые пере­зарядки трубчатого металлогидридного аккумулятора в зависимос­ти от отношения  р_Н2 /p_s (Т) при практически постоянном темпе охлаж­дения и в зависимости от диаметра трубы (т.е. от темпа охлаждения массы частиц интерметаллида) при постоянном р_Н2 /p_s(Т) по данным [22].

Таким образом, для обеспечения необходимых эксплуатационных характеристик металлогидридных водородных аккумуляторов во мно­гих случаях необходимо наряду с организацией эффективного тепло­массообмена применять предварительное компримирование водорода при зарядке аккумуляторов, что, естественно, приводит к дополнитель­ным затратам энергии.

Эти затраты энергии, однако, могут быть частич­но скомпенсированы, если теплота, выделяющаяся при абсорбции во­дорода в аккумуляторе, будет полезно использована. На практике для транспортных систем различного назначения применяются как внешние, так и внутренние системы теплообмена.

В настоящее время в России и за рубежом созданы экспериментальные и промышленные образцы металлогидридных аккумуляторов водорода различных типов — как относительно крупных стационарных и портативных пере­носных аккумуляторов водорода, так и специальных аккумуляторов для транспортных установок.

Рис, 2.11. Динамика заполнения гидридного бака.

Отношения р_Н2 /р_s(Т):

□ -80/1; ○ -40/1; × -20/1; Δ -10/1;   ▼ -5/1.

В большинстве стационарных металлогидридных систем используются гидриды сплавов на основе TiFe, CaNi₅, MmNi₅ и единичных - на основе LaNi₅ и сплавов магния.

 К системам аккумулирования водорода для транспортных уста­новок предъявляются более жесткие требования, чем к стационарным и переносным аккумуляторам. Вместе с тем, поскольку на транспорт­ных установках имеются ресурсы теплоты среднего потенциала — теп­лота отработавших газов двигателя, в этих аккумуляторах могут быть эффектив­но использованы сплавы на основе Mg₂Ni и Mg₂Cu, имеющие наиболь­шее массовое содержание водорода.

К настоящему времени в различных странах и России созданы и прошли ис­пытания несколько десятков экспериментальных металлогидридных аккумуляторов для легковых и грузовых автомобилей, тракторов, автопогрузчиков, тягачей, автобусов [20].  

Рис.2.12.  Динамика  заполнения контейнера при внешнем теплоотводе р_Н2/р_s (Т) =10,1.

Диаметр трубки:

□   - 2,5 см;  ○ - 5 см; × -7,5 см; ▼ - 10 см;  Δ - 15 см

Крупные экспериментальные металлогидридные аккумуляторы с мас­сой активного металла от 0,3 до 1,5 т разработаны для автобусов, грузовиков и мощных дизельных тягачей, используемых в горнодобы­вающей промышленности. В США аккумулятор, содержащий 318 кг сплава TiFe₀,₉Mn₀,₁ и 5 кг водорода, с теплообменником, обогреваемым охлаждающей водой от двигателя, обеспечивающий расход водорода до 1120 л/мин, прошел успешные стендовые испытания в совместной работе с двигателем Катерпиллар- 3304.

В настоящее время в рамках этой программы создается аккумулятор, содержащий 500 кг сплава, особенностью которого является наличие буферного объема с