Аналіз застосування технології зберігання водню на суднах паливних елементів

Зі збільшенням глобальної уваги до збереження енергії та скорочення викидів,Паливні кораблі, як важливий напрямок для зеленої трансформації індустрії судноплавства, приділяють все більше уваги. Як ключова ланка в розробці кораблів паливних елементів, статус дослідження та застосуваннязберігання воднюТехнологія ще більше привабливою.

Існують різні способи зберігання водню в суднах паливних елементів, в основному, включаючигазоподібне зберігання водню високого тиску, низькотемпературне зберігання рідких водню, зберігання водню органічної рідини та зберігання водню металу. Ці методи зберігання водню мають власні переваги та недоліки та підходять для різних видів кораблів та сценаріїв попиту.

1. Газоподібне зберігання водню високого тиску

Зберігання водню високого тиску зберігає водень у газоподібній формі високої щільності в газовому циліндрі за допомогою переробки стиснення. Він став найбільш широко використовуваним методом зберігання водню в галузі кораблів через швидку заповнення, низьку вартість та просту роботу. Ключ до цієї технології полягає в дослідженні та розробці циліндрів зберігання водню. Циліндри зберігання водню високого тиску поділяються на чотири типи: чисті сталеві металеві циліндри (тип I), пляшки з обгорнутими вуглецевими волокнами сталевого вкладиша (тип II), алюмінієві фляжки з вуглецевого волокна, повністю загорнуті пляшками (тип III типу) та пластикові вкладиші вуглецеві волокна (тип IV).

Серед них циліндри газових балонів типу III та типу IV складаються з підкладки, шару обмотки вуглецю та шару армованого скловолокна. Загальна вага відносно легка, а масова щільність зберігання водню висока. Вони - гарячі точки длякорабель паливаЗаявки. В даний час кораблі паливних елементів вдома та за кордоном оснащені пляшками III типу з робочим тиском 35 Мп. Завдяки обмеженням щільності зберігання водню та об'ємом системи газових циліндрів, типи кораблів - це переважно внутрішні пороми та яхти з невеликою потужністю.

У виклику невідповідності між зберіганням енергії та витривалостями 70 мпА газових балонів типу IV типу використовує легкі пластмаси високої міцності для заміни металів для поліпшення якості, ураження міцності та резистентності до корозії, але стикаються з технічними перешкодами, включаючи:

1.

2) Проблеми з термічним управлінням: Під час швидкого гідрування генерується велика кількість теплової енергії, яку потрібно контролювати, щоб уникнути небезпек для безпеки. Хоча моделювання показує, що воно відповідає стандартам безпеки, фактичному середовищі високої температури кабіни вимагає більш жорстких заходів контролю температури.

3) Вплив умов наповнення: Початкова температура та швидкість заповнення водню суттєво впливають на підвищення температури, а для оптимізації процесу заповнення необхідний тонкий контроль.

В даний час зберігання водню високого тиску є загальним методом зберігання водню для суден паливних елементів, що зручно та економічно. Однак, через тиск та об'єм газового циліндра, в даний час для невеликих потужних суден використовується 35 мпА типу III циліндрів. Для покращення витривалості досліджується використання 70 мпА, легші циліндри типу IV типу, щоб розширити додаток на більші кораблі.

Японська корпорація Янмара та Toyota використовували спеціально ліцензоване обладнання високого тиску для досягнення першого у світі заправки газових циліндрів на 70 мпА.

Однак зберігання водню високого тиску має проблеми безпеки та управління, станції заправки водню є дефіцитними, а заміна водневих балонів незручна і має приховані небезпеки. У той же час, підвищення тиску підштовхує вартість обладнання та споживання енергії заправлення водню, а загальна вартість значно збільшується.

2. Зберігання гідриду металу гідриду

Принцип зберігання гідриду металевого гідриду полягає у використанні перехідних металів або сплавів для реагування з воднем для генерування гідридів металів для досягнення зберігання водню при певних умовах температури та тиску, вивільняючи тепло; У міру підвищення температури гідрид металу розкладається для вивільнення водню.

Порівняно з газоподібним зберіганням водню, найбільшою перевагою цього методу зберігання водню є те, що тиск зберігання водню низький, а безпека висока, а потім велика об'ємна щільність зберігання водню (в 1000 ~ 3000 разів перевищує газоподібну воднею при одній температурі та умовах тиску). Сплави для зберігання водню, які зараз розробляються, в основному включають рідкісні сплави землі, титанові сплави, сплави цирконію, сплави магнію та ванадієві сплави.

Зберігання гідриду металу гідрид має більше переваг, ніж газу та рідина, з точки зору безпеки та об'ємної щільності зберігання водню, але існуючі матеріали мають високі умови реакції вивільнення водню, і процес реакції може мати такі проблеми, як руйнування структури сплавів, і сплав розширюється та скорочується під час процесу вивільнення водню, що спричиняє деформацію зберігання.

У фактичних програмах судна необхідно проводити ключові дослідження в таких аспектах:

1) Розробити нові матеріали для зберігання водню для поліпшення масової щільності зберігання водню,

2) Оптимізуйте ефективність поглинання та десорбції матеріалів для зберігання водню за допомогою поверхневої обробки, додавання каталізаторів тощо,

3) оптимізувати конструкцію резервуара для зберігання, щоб уникнути деформації контейнера через розширення, спричинене реакцією порошку сплаву з воднем;

4) Виконайте системи збору, зберігання та застосування систем зберігання твердотільних систем твердотільного стану та поєднуйте дослідження з усім кораблем для підвищення ефективності використання енергії та зменшення навантаження на об'єм та масу пристрою.

Оскільки сам сплав водню є важким, його масова щільність зберігання водню низька, але вона є більш корисною для підводних човнів і може збільшити баласт човнів. Розробка високоякісних матеріалів для зберігання водню та оптимізація умов праці є важливими напрямками досліджень у майбутньому.

Підводний човен, оснащений паливними елементами 212A, розроблений німецьким верфі HDW, має 38 резервуарів для зберігання водню з титану-залізо, які можуть зберігати 84 кг водню. Джерело: Інтернет

Вибираючи метод зберігання водню для судна паливних елементів, необхідно всебічно розглянути декілька факторів, таких як щільність зберігання водню, безпека, вартість, термін служби, стабільність та споживання енергії. У наступній таблиці порівнюються різні методи зберігання водню:

Зберігання гідриду металу гідрид має видатні показники, чистоту та безпеку, і, як очікується, в майбутньому стане основним.