ФОНД РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ И ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ

«Переход к Водородной Энергетике -
главный Ключ к Триумфу всего Человечества»

МИКРОБАЛЛОННЫЙ ПРИНЦИП ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА (МПХ)

Басов, Николай Геннадиевич (1922 — 2001) — доктор физико-математических наук (1956),  академик АН СССР (1966) и РАН (1991), лауреат Нобелевской премии по физике (1964), Ленинской премии (1959) и Государственной премии СССР (1989). Дважды Герой Социалистического Труда (1969, 1982).

   Ему принадлежит идея использования лазеров для управляемого термоядерного синтеза (1961). Именно под его руководством было впервые предложено использовать стеклянные микросферы (микробаллоны) в качестве лазерных термоядерных мишеней. При этом микросферы заполнялись под высоким давлением дейтерием или дейтерий-тритиевой смесью в газообразном состоянии. Диаметр микросфер варьировался от 100 мкр до 1000 мкр, а толщина стенки примерно в 50-100 раз меньше радиуса оболочки.

   В ходе экспериментов с термоядерными мишенями (микросферами) были установлены по истине уникальные свойства материалов (кварца, сткелоуглерода, сверхпрочных полимеров и др.). По сути был заложен принцип нового типа аккумуляции Водорода и других газов с плотностями выше их жидкого состояния.

   Сегодня микробаллонный принцип (МПХ) является одним из самых эффективных, доступных и безопасных способов хранения/транспортировки Водорода в Мире.

дальнейшее развитие МПХ

   Путь к технологическому прорыву XXI века лежит через изучение микромира и развитие нанотехнологий. Обладая уникальными свойствами микробаллонный принцип хранения Водорода  может стать главным ключом по развитию Водородной Энергетики в Мире. МПХ включает в себя несколько разновидностей:

  • Микросферы;
  • Микро и мезопористые структуры;
  • Микро и нанокакпилляры;
  • Микроканальные и др структуры

   Все эти разновидности МПХ имеют в основе идею разбиения всего объема на миллионы независимых микрообъемов (микропор, микросфер, капилляров и т.п). Структуры на основе МПХ обладают уникальными характеристиками:

  • Огромная площадь поверхности;
  • Высокая прочность структуры приближающаяся к предельной материалов;
  • Малая масса по отношению к объему.

2. Существенным отличием нанокапиллярных аккумуляторов водорода от других систем хранения, является способность длительного хранения водорода при высокой плотности без потерь на испарение. Так например, для стандартных систем хранения в среднем потери такого рода в сутки составляют от 1 до 3% (от содержания водорода).
При этом отсутствие потерь на испарение делает нанокапиллярные аккумуляторы водорода самыми безопасными, и могут спокойно применяться повсеместно — без опасения скопления водорода.

3. Уникальная структура нанокапиллярного аккумулятора водорода делает его одним из самых безопасных способов хранения и транспортировки водорода. Принцип разбиения на микрообъемы (капилляры) исключает мгновенное распространение пламени в объеме. Например, в случае повреждения целостности конструкции — происходит постепенное (растянутое во времени) истечение водорода из пучка поврежденных капилляров. Поэтому данные системы хранения более взрывобезопасны, чем стандартные баллоны высокого давления. 

4. Минимальная стоимость производства нанокапиллярных аккумуляторов водорода CNT© среди мировых производителей баллонов высокого давления.

Мировые производители баллонов (Hexagon Linc, Quantum, SA DFMA, 3M и др.)

> 330 $

Сравнение Стоимости систем хранения за 1 кг H2

УНИКАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АККУМУЛЯТОРОВ CNT

1. Материалы конструкции

Это прежде всего композитные углеродные и полимерные материалы. Так, например, изготовленные на основе поли-п-фенилентерефтал-амида и других аналогичных полимеров (Армос, СВМ, терлон, руссар, кевлар) имеют плотность ρ в 5,5 раз меньше плотности стали, а прочностные характеристики 5,6-10 раз выше. Для различных конструкционных хромоникелевых сталей предел прочности может достигать значений порядка 550 МПа, для арамидов предел прочности при растяжении достигает σвр= 5500 МПа.

Материал ρ, гр./см3 σ limit, МПа
Хромникелевая сталь 7,8 550
Полиамид 1,4 80
Армос 1,45 5500
СВМ 1,45 4200
Терлон 1,45 3100
Кварц 2,65 >7500
Стекло с МgO 2,3 4200
Матрица капилляров (d=100 мкм)

2. Идеальная структура капилляров на микроуровне

Вытягивание капилляров увеличивает их прочностные свойства из-за утончения оболочки и, таким образом, уменьшает внутреннюю структуру дефектов материала. Таким образом получается почти идеальная структура капилляров.

Хромникелевая сталь
Капилляры CNT

3. Структура намотки капилляров на бобину

Уникальная структура аккумулятора позволяет хранить различные газы (водород, гелий, метан и т. д.) при давлениях более 2500 бар. Это достигается разбиением на микрообъемы всего геометрического объема системы хранения. Таким образом, получается единый прочных сотовый каркас способный  выдерживать действие сил (от молекул газов)  на стенки капилляров при сверхвысоких давлениях (выше 2500 бар).

Уровень готовности технологии CNT©

Капиллярная матрица

  • Создана технология производства для различных типов капиллярной матрицы;
  • Испытания капиллярной матрицы и показывают реальность создания капиллярной матрицы с давлением до 2000 атм;
  • Создана программа расчета содержания газа в капиллярной матрице.

Система заполнения водородом

  • Разработаны методы соединения системы заполнения с капиллярной матрицей;
  • Реализовано соединение системы заполнения с капиллярной матрицей;
  • Реализованы экспериментальные системы заполнения капиллярных матриц с давлением до 2000 атм.

Система извлечения водорода

  • Принципы извлечения и редуцирования газа высокого давления;
  • Реализовано редуцирование и извлечение водорода из капиллярной матрицы с диаметром в несколько миллиметров;
  • Разработана технология редуцирования водорода с 1000-2000 атм.

Внешний вид аккумулятора водорода CNT©

Рисунок11
В пластиковом контейнере
Рисунок12
Без контейнера, подключен к установке сверхвысокого давления

САМАЯ БЕЗОПАСНАЯ СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА В МИРЕ

1

Уникальная структура нанокапиллярного аккумулятора водорода делает его одним из самых безопасных способов хранения и транспортировки водорода.

Принцип разбиения на микрообъемы (капилляры) исключает мгновенное распространение пламени в объеме. Например,  в случае повреждения целостности конструкции — происходит   постепенное (растянутое во времени) истечение водорода из пучка поврежденных капилляров. Поэтому данные системы хранения  более взрывобезопасны, чем стандартные баллоны высокого давления.

Существующие типы баллонов являются взрывоопасными, это обусловлено высвобождением большого объема газа при его разрушении.