Новая энергетика

Бортовой аккумулятор водорода для автомобилей

Новая энергетика - Водородная энергетика

Задача хранения водорода является ключевой в проблеме перевода автотранспорта на водородное топливо. Решение этой задачи предполагает разработку технических средств, обеспечивающих безопасное хранение достаточного количества водорода на борту, а также управляемую подачу его в силовую установку автомобиля.

Дополнительными требованиями к такой системе являются обеспечение возможности достаточно быстрого возобновления запаса водорода на борту автомобиля (заправки), а также необходимого ресурса (длительности) эксплуатации аккумулятора.

Интенсивные работы в этом направлении ведутся во многих странах мира. При этом для хранения водорода рассматриваются разнообразные методы, такие как хранение сжиженного водорода в криогенных танках, хранение газообразного водорода в баллонах под высоким давлением, хранение химически связанного или хемосорбированного водорода в металлогидридных и редкоземельных аккумуляторах, использование сорбирующих свойств суперпористых наноуглеродных структур и некоторых других. Однако до настоящего времени только газовые баллоны и системы хранения жидкого водорода реализованы в технических устройствах, остальные находятся в стадиях научных исследований и опытно - конструкторских работ. К тому же ни одно из указанных направлений не обеспечивает достижения требуемых параметров в полной мере.

Исследования, проведённые в РНЦ «Курчатовский институт», позволили предложить для применения в автомобилях способ аккумулирования в микрокапиллярных контейнерах газообразного водорода под высоким давлением. По сравнению с обычными баллонами из прочных лёгких композитных материалов, в которые водород закачивается под давлением до 400 атм., а в перспективе предполагается возможность повышения давления до 700 атм., в микроконтейнерных танках водород может содержаться под давлением вплоть до8000 - 10000 атм. и выше. Соответственно, может быть достигнута существенно более высокая массовая ёмкость таких баллонов. Необходимо подчеркнуть, что по сравнению с микросферными контейнерами микрокапиллярные обладают рядом существенных преимуществ, а именно: в них те же показатели удельной вместимости достигаются при более низких давлениях водорода; кроме того, они позволяют конструктивно более просто обеспечивать управляемое извлечение водорода для подачи в силовые установки автомобилей; технология производства микрокапилляров более отработана и проще по сравнению с производством микросфер необходимой геометрии.

Расчётами показано, что при этом удельная массовая вместимость микрокапиллярных баллонов может достигать 20 – 25% (т.е. 0,20-0,25 кг водорода на 1 кг массы баллона) при удельной объёмной вместимости до 50 г водорода на 1 л объёма танка. При таких параметрах полная вместимость баллона объёмом 130-135 литров составит порядка 6,8 – 7,0 кг водорода при собственной массе танка не более 30 – 35 кг. Такая вместимость топливного бака обеспечит пробег легкового автомобиля на дистанцию 750 – 800 км без дозаправки.

Такие показатели заметно превосходят требования, предъявляемые к перспективным системам хранения водорода на транспортных средствах. Следует также подчеркнуть, что микробаллоны обеспечивают практически полную взрывобезопасность в случае их повреждения в аварийных ситуациях; требования по ресурсу работоспособности также удовлетворяются.

Наряду с конструкцией микроконтейнерного баллона разработаны также схемы систем управляемой подачи водорода в силовые установки автомобиля, а также заправки быстрозаменяемых картриджей (баллонов) многоразового использования на автозаправочных станциях.