Improvement of Hydrogen Absorption and Desorption for AB5-Alloy by a Spiral Heat Exchanger
Experimental studies were performed with metal hydride powder La0.75Ce0.25Ni5 in the current work. Own choice of AB5-alloy conditioned by sufficient mass content of hydrogen (up to 1,4 %), moderate pressure - at 45 °C about 4 MPa and commercial cost. A coil heat exchanger was placed in a hydrogen tank with a hydraulic volume of 12 liters, and it occupies 65 % of the total height of the tank. Thus, part of the metal hydride was out of direct contact with the thermal surface of the heat exchanger. In chemical processes the coil either removed heat or brought. It is noted that the duration of the fuel cell was twice as high when in the process of desorption heat was supplied to the system. Energy costs for own needs of heating and water circulation amounted to 220 W, and the useful power generated by the fuel cell-800 W. Thermocouples located at different levels of the tank showed an average temperature difference from 3 to 7,5 °C when passed absorption or desorption H2.
hydrogen, hydrogen storage, heat and mass transfer, metal hydride
В текущей работе были выполнены экспериментальные исследования энергетической системы на основе металлогидридного порошка La0.75Ce0.25Ni5. Выбор сплава AB5 обуславливался достаточным массовым содержанием водорода (до 1,4 %), умеренным давлением- при 45 °C порядка 4 МПа и коммерческой стоимостью. Для проведения измерений в баллон объёмом 12 л был помещён змеевиковый теплообменник, причём занимает он 65 % от общей высоты баллона. Таким образом часть металлогидрида оказывается вне непосредственного контакта с тепловой поверхностью змеевика. При химических процессах змеевик либо отводил тепло, либо подводил. При этом отмечается, что продолжительность работы топливного элемента была в два раза выше, когда при десорбции к системе подводили тепло извне. Затраты на собственные нужды подогрева и циркуляции воды составили 220 Вт, а полезная мощность, вырабатываемая топливным элементом- 800 Вт. Термопары, расположенные на разных уровнях баллона, показывают в среднем перепад температур от 3 до 7,5 °C при поглощении или выделении Н2. Сделаны предположения по улучшению работы в дальнейшем.
водород хранение водорода, теплообмен, металлогидрид
1. Canan Acar, Ibrahim Dincer Review and evaluation of hydrogen production options for better environment. Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 218. P. 835-849. 2. Дуников Д.О., Борзенко В.И., Малышенко С.П., Блинов Д.В., Казаков А.Н. Перспективные технологии использования биоводорода в энергоустановках на базе топливных элементов (обзор). Теплоэнергетика. 2013. № 3. — C. 48-57. 3. Marzia Pentimalli, et al., AB5/ABS composite material for hydrogen storage. International Journal of Hydrogen Energy. 2009. № 34. P. 4592-4596. 4. Marco Gambini, Tomasso Stilo, Michela Vellini Hydrogen storage systems for fuel cells: Comparison between high and low-temperature metal hydrides. International Journal of Hydrogen Energy. 2019. № 44. P. 15118-15134. 5. Claudio Corgnale, Bruce J. Hardy, Donald L. Anton Structural analysis of metal hydride-based hybrid hydrogen storage systems. International Journal of Hydrogen Energy. 2012. № 37. P. 14223-14233. 6. Shinichi Miura, Akitoshi Fujisawa, Masayoshi Ishida A hydrogen purification and storage system using metal hydride. International Journal of Hydrogen Energy. 2012. № 37. P. 2794-2799. 7. M. Bhouri, M. Linder, I. Bürger Metal hydride reactor for dual use: Hydrogen storage and cold production. International Journal of Hydrogen Energy. 2018. № 43. P. 23357-23371. 8. Liang Tong, et al., Thermal management of metal hydride hydrogen storage reservoir using phase change materials. International Journal of Hydrogen Energy. 2019. № 44. P. 21055-21066. 9. Emmanuel Stamatakis, et al., Metal hydride hydrogen compressors: Current developments & early markets. Renewable energy. 2018. № 127. P. 850-862. 10. Ye Tao, et al., Electrochemical compressor driven metal hydride heat pump. International Journal of Refrigeration. 2015. № 60. P. 278-288. 11. Bellosta von Colbe J, et al., Application of hydrides in hydrogen storage and compression: Achievements, outlook and perspectives. International Journal of Hydrogen Energy. 2019. № 44. P. 7780-7808. 12. Shahin Shafiee, Mary McCay Different reactor and heat exchanger configurations for metal hydride storage system- A review. International Journal of Hydrogen Energy. 2016. № 41. P. 9462-9470. 13. J. Bloch, M.H. Mintz Kinetics and mechanism of metal hydrides formation- a review. Journal of Alloys and Compounds. 1998. 253-254. P. 529-541. 14. Lototskyy M.V., et al., The use of metal hydrides in fuel cell applications. Progress in Natural Science: Materials International. 2017. № 27. P. 3-20. 15. M. Ram Gopal, S. Srinivasa Murthy Experiments on a metal hydride cooling system working with ZrMnFe/ MmNi4.5Al0.5 pair. International Journal of Refrigeration. 1999. № 22. P. 137-149. 16. Dunikov D., et al., Biohydrogen purification using metal hydride technologies. International Journal of Hydrogen Energy. 2016. № 46. P. 21787-21794. 17. Тарасов Б.П., и др., Методы хранения водорода и возможности использования металлогидридов. Альтернативная энергетика и экология. 2005. № 12. C. 14-37. 18. Tong L, et al., Complete and reduced models for metal hydride reactor with coiled tube heat exchanger. International Journal of Hydrogen Energy. 2019. № 44. P. 15907-15916. 19. Wu Z, et al., Improvement in hydrogen desorption performances of magnesium-based metal hydride reactor by incorporating helical coil heat exchanger. International Journal of Hydrogen Energy. 2016. № 41. P. 16108-16121. 20. B. Satya Sekhar, et al., Performance analysis of cylindrical metal hydride beds with various heat exchanger options. Journal of Alloys and Compounds. 2015. № 645. P. S89-S95.
