зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний)

Формула изобретения

Зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний), состоящее из стабилизированного источника электрического тока, проводов, электролизера и аккумуляторов водорода на основе гидрида алюминия (титана или магния), отличающееся тем, что в электролизере расположен электролит из угольной кислоты H ₂CO₃ в дистиллированной воде, который полностью покрывает два стоящих отдельно друг от друга аккумулятора без внешних корпусов со свободным проникновением электролита в структуру аккумулятора из гидрида металла, причем один аккумулятор подсоединен к катоду, а второй - к аноду, причем на крышке зарядного устройства расположена вертикальная труба с клапаном сброса излишнего давления, создаваемого продуктами электролиза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к зарядным устройствам аккумуляторов водорода и может быть использовано для зарядки аккумуляторов транспортных средств.

Известен «Гидрид алюминия - АlН₃», неорганическое бинарное соединение алюминия с водородом. В нормальных условиях - бесцветное или белое твердое вещество, имеющее полимерную структуру: (АlН₃) _n.

Интернет. Википедия. http://ru.wikipedia.оrg/wiki/Гидрид_алюминия

Используемый сегодня принципиальный метод получения чистого гидрида алюминия из гидрида лития в среде диэтилового эфира был предложен еще в 1947 году [19]:

Хлорид лития выпадает в осадок до момента полимеризации АlН3 и отделяется от эфирного раствора, из которого путем дальнейшей отгонки эфира получают комплекс гидрида алюминия с диэтиловым эфиром [19].

Получение

Также гидрид алюминия по аналогии можно получить реакцией алюмогидрида лития с серной кислотой, хлоридом бериллия, хлоридом цинка[4], хлороводородом и алкилгалогенидами [20]:

Вместо алюмогидрида лития можно использовать алюмогидрид натрия [21]:

Для получения чистого гидрида (без примесей растворителя) эфирный комплекс подвергают нагреванию в вакууме с добавлением бензола[6] или в присутствии небольших количеств LiAlH₄ или смеси LiAlH₄ +LiBH₄ [4]. При этом сперва получаются -АlН₃ и -АlН₃ модификации, которые затем переходят в более стабильный -АlН₃ [4]. Другим способом получения несольватированного эфиром гидрида алюминия, является электролиз алюмогидрида натрия в среде тетрагидрофурана [22].

Среди прочих методов отметим синтез с использованием гидрида магния [23]:

Долгое время считалось, что гидрид алюминия невозможно получить прямым взаимодействием элементов, поэтому для его синтеза использовали приведенные выше косвенные методы [24]. Однако в 1992 году группа российских ученых осуществила прямой синтез гидрида из водорода и алюминия, используя высокое давление (выше 2 ГПа) и температуру (более 800 К). Вследствие очень жестких условий протекания реакции, в настоящий момент метод имеет лишь теоретическое значение.

Недостатком является термический способ насыщения водородом.

Известно устройство «НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ». RU. Патент № 50050. U1. МПК 7 Н01М 2/06, Н01М 10/34. 3аявка: 2004114475/22, 11.05.2004.

Никель-водородная аккумуляторная батарея, состоящая из соединенных между собой в электрическую цепь с помощью соединительных шин, никель-водородных аккумуляторов, отличающаяся тем, что соединительная шина закреплена изначально в одном из токовыводов (борнов) каждого никель-водородного аккумулятора.

Недостатком является то, что аккумулируется не водород, а электроэнергия. Известно устройство «ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ». RU. Патент № 27754. U1. МПК 7 H02J 7/00, Н01М 10/44. Заявка: 2002118940/20, 15.07.2002.

1. Зарядное устройство для аккумуляторов, содержащее корпус, с разъемом для подключения аккумулятора, внутреннее схемное устройство, включающее схему выпрямления переменного тока, поступающего от источника питания, и схему стабилизации напряжения полученного постоянного тока, отличающееся тем, что дополнительно содержит электрический генератор, размещенный внутри корпуса и включающий статор, подвижный ротор, и привод для передачи внешнего механического движения ротору, при этом внешнее механическое движение осуществляют за счет мускульной силы кисти руки.

2. Зарядное устройство по п.1, отличающееся тем, что маховик ротора содержит встроенный постоянный магнит.

Недостатком является невозможность зарядки аккумуляторов водорода.

Целью изобретения является зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний), в котором используется дешевый и простой электролитический способ накачки водорода в структуры гидрида металлов с высокой степенью пассивации, например:- алюминий, титан.

Технический решение достигается тем, что зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний) состоит из стабилизированного источника электрического тока, проводов, электролизера и аккумуляторов водорода на основе гидрида алюминия или титана, отличается тем, что в электролизере расположен электролит из угольной кислоты Н2СО3 в дистиллированной воде, который полностью покрывает два стоящих отдельно друг от друга аккумулятора без внешних корпусов со свободным проникновением электролита в структуру аккумулятора из гидрида металла, причем один аккумулятор подсоединен к катоду, а второй к аноду, причем на крышке зарядного устройства расположена вертикальная труба с клапаном сброса излишнего давления создаваемого продуктами электролиза.

На Фиг.1 изображено «Зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний)».

Статика.

Зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний) (Фиг.1), состоящее из стабилизированного источника электрического тока (1), проводов (2), электролизера (3) и аккумуляторов (4) водорода на основе гидрида алюминия (титана или магния) (5), отличается тем, что в электролизере (3) расположен электролит (6) из угольной кислоты Н2СО3 в дистиллированной воде и который полностью покрывает два стоящих отдельно друг от друга аккумулятора (4) без внешних корпусов со свободным проникновением электролита (6) в структуру аккумулятора (4) из гидрида металла (5), причем один аккумулятор (4) подсоединен к катоду (7), а второй аккумулятор (8) к аноду (9), причем на крышке (10) зарядного устройства расположена вертикальная труба (11) с клапаном сброса (12) излишнего давления создаваемого продуктами электролиза.

Работа.

При электролизе воды из электролита (6) на катоде (7) выделяется водород, который диффундирует через оксидную пленку алюминия или титана, или магния.

2Н2СО3=>2Н2+2СO2+O2.

Угольная кислота находится под давлением в 2 килограмма на сантиметр квадратный. При этом давлении, ее естественный процесс разложения сильно сокращается

Н₂СO₃ Н₂O+СO_{2 .} СO₂·Н₂O_(р) Н₂СO_3(р).

Происходит накачка водородом одного аккумулятора(4/8).

На аноде (8) ион водорода диффундирует через двойной электрический слой за счет теплового поля электрода. Таким образом, происходит зарядка сразу двух аккумуляторов (6). После завершения зарядки аккумуляторы (6) вынимают из электролизера (3), высушивают воздухом и собирают на них корпуса. Вертикальная труба (11) собирает в себе выделившийся лишний водород, и при величине давления большего, чем допускает клапан сброса (12) давления, происходит выброс водорода из электролизера (3). Высокое содержание углекислого газа исключает возможность воспламенения водорода внутри электролизера.

Некоторые металлы при их анодной обработке наблюдается явление охрумчивания. связанное с образованием гидридов в структуре металлов. В данном случае водород взаимодействует со структурой металла. При обработке алюминия (титана и др.) образующих прочную пассивирующую пленку) на аноде протекают одновременно несколько процессов, одним из которых является процесс разложения воды идущий по схеме 2Н₂О-4е=O₂-4Н₊ . В результате этого при анодной области происходит увеличение концентрации ионов водорода. В тоже время в прианодной области реализуется значительное увеличение теплового эффекта, являющегося следствием протекающих химических и электрохимических процессов, в частности реакции гидротации ионов водорода Н+, которое сопровождается большим по величине эффектом тепловыделения(примерно 400 Ккал на 1 моль). Кроме того в прианодном слое при гидратации ионов титана (алюминия и др.) тепловой эффект составляет в среднем 800-1200 Ккал на моль.

Под действием теплового поля ион водорода, реализовавшийся в процессе разложения воды при его очень ограниченной геометрическом размере (10-5А-H+) способны проникать вглубь металла (термодиффузия) и реагировать в его структуре со свободными атомами. Т.о. образуются гидриды в структурах металла. Об этих процессах пишут автор книги:

- Роскал «Справочник по анодной обработке титанов и его сплавов».

Технико-экономические показатели при гальваническом способе зарядки водородом аккумуляторов значительно выше, чем при зарядке при помощи высокой температуры.

Перечень позиций.

1. - стабилизированный источник электрического тока

2. - провод

3. - электролизер

4. - аккумулятор

5. - гидрид алюминия или титана или магния

6. - электролит

7. - катод

8. - второй аккумулятор

9. - анод

10. - крышка

11. - вертикальная труба

12. - клапан сброса.