Водородосорбирующий сплав для аккумуляторов водорода и тепловых насосов
Изобретение относится к водородной энергетике, а именно к сплавам, используемым в аккумуляторах водорода и тепловых насосах. КПД теплового насоса, если он работает на холод, определяется по холодопроизводительности, которая зависит от водородоемкости и связана с технологическими свойствами низкотемпературного компонента (сплава), а именно, с гистерезисом, наклоном изотерм и т.д. Задачей, решаемой заявленным изобретением, является получение соединения типа AB5 для низкотемпературного компонента теплового насоса, обеспечивающего лучшую холодопроизводительность, чем ранее известные, при давлениях, близких к атмосферному в области рабочих температур. Технический результат достигается тем, что в водородосорбирующий сплав, содержащий лантан и никель, вводят мишметалл, кобальт при следующем соотношении компонентов, мас. %: Mm 0,01-32,4, La 0,01-32,1, Co 13,6, Ni - остальное. Заявленный состав сплава лантана и никеля с мишметаллом и кобальтом для аккумулятора водорода и низкотемпературного компонента теплового насоса обеспечивает повышение удельной холодопроизводительности (в кДж/дм3) на 21% по сравнению со сплавом Zr0,9Ti0,1Cr0,6Fe1,4. 4 ил.
Изобретение относится к области водородной энергетики, а именно к сплавам, используемым в аккумуляторах водорода и тепловых насосах.
Известно, что сплавы накопители водорода (СНВ) типа АВ5 являются перспективными для использования в тепловых нacocax, поскольку обладают сравнительно высокой водородоемкостью, удельной теплотой образования, легко активируются и нетребовательны к чистоте водорода по сравнению со сплавами типа АВ2 и АВ3. Известен водородосорбирующий сплав типа АВ2 состава Zr0,9Ti0,1Cr0,6Fe1,4 для низкотемпературного компонента таплового насоса, обладающий довольно высокой водородоемкостью (см. "Тепломассоперенос в процессах металлогидридного преобразования тепловой энергии методом тепловых волн", автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ким Кю-Джонг, специальность 05.14.05 - теоретические основы теплотехники, Минск, 2000 г. ). Основным недостатком металлогидридов на основе циркония является низкий уровень давления в системе (ниже атмосферного в 1,5-2 раза) при переходе водорода из низкотемпературного (НТ) сплава в высокотемпературный (ВТ) в процессе получения холода на температурном уровне ниже 0oС. При длительной эксплуатации теплового насоса это может привести к натеканиям со стороны окружающей среды и в конечном счете к потери его работоспособности. Другим недостатком известного состава является высокие требования к чистоте водорода, вводимого в систему из вне для заправки теплового насоса. Такие примеси, как кислород, азот, пары воды, приводят к отравлению сплава и потери его работоспособности. Предварительная тонкая очистка водорода увеличивает стоимость производства тепловых насосов и потребует создания соответствующей инфраструктуры. Известен водородосорбирующий сплав LaNi5, который также может быть использован в тепловых насосах (Г. Алефельд, И. Фелькль "Водород в металлах", т. 2. Прикладные аспекты, с. 8, Москва, 1981 г.). Недостаток сплава - низкое давление нa плато изотерм пpи отрицательных температурах, чтo может приводить к натеканиям в систему из атмосферы. КПД теплового насоса, eсли он работает на холод, определяется по холодопроизводительности, которая зависит от водородоемкости и связана с технологическими свойствами низкотемпературного компонента (сплава): гистерезисом, наклоном изотерм и.т.д. Задачей, решаемой заявленным изобретением, является получение соединения типа АB5 для низкотемпературного компонента теплового насоса, обеспечивающего лучшую холодопроизводительность, чем ранее известные, при давлениях, близких к атмосферному в области paбoчих температур. Технический результат достигается тем, что в водородосорбирующий сплав, содержащий лантан (La) и никель (Ni), вводят мишметалл (Mm), кобальт (Co), при следующем соотношении компонентов, мас.%: Mm - 001-32,4, La - 0.01-32,1, Со - 13,6, Ni - остальное. Сущность изобретения заключается в новом качественном и количественном составе водородосорбирующего сплава типа АВ5 на основе мишметалла и лантана с никелем и кобальтом. Введение в состав сплава мишметалла, a также заявленные количественные характеристики соотношения мишметалла и лантана в сплаве, обеспечивают высокую водородоемкость, малый гистерезис и наклон изотерм при давлениях, близких к атмоферному в области рабочих температур, и высокую чувствительность давления на плато изотерм к температуре, что в целом приводит к увеличению холодопроизводительности теплового насоса в области рабочих температур сплава от -15oC до +25oС. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ Получены водородосорбирующие сплавы следующего состава, мас.%: а) Mm - 29,1, La - 3,2, Co - 13,6, Ni - остальное; б) Мm - 24,3; La - 8,0; Cо - 13,6, Ni - остальное; в) Mm - 19,4; La - 12,8, Сo - 13,6; Ni - остальное; г) La - 32,1, Mm - 0,01, Co - 13,6, Ni - остальное. На фиг. 1 представлены результаты испытаний этих сплавов при +25oС. Из фиг. 1 следует, что с увеличением содержания лантана плато давления сорбции водорода уменьшается. На фиг. 2 изображены средние значения давления из плато изотерм десорбции водорода данных составов при температуре -15oC. C увеличением содержания в сплаве лантана плато давления десорбции водорода уменьшается. Максимальное содержание водорода в сплавах заявленного состава более 6 г-ат/г-моль ИМС, средние давления десорбции не более 3,3 ата при температуре -15oС. Экспериментально установлено, что гистерезис у соединений составляет

Формула изобретения
Водородосорбирующий сплав для аккумулятора водорода и низкотемпературного компонента теплового насоса, содержащий лантан и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит мишметалл и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: Мишметалл - 0,01-32,4 Лантан - 0,01-32,1Кобальт - 13,6
Никель - Остальноеы
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4