fém–gáz rendszerek

Fém–gáz rendszerek

Korszerű anyagok és technológiák, M.Sc.

2013

AnyagH2 térfogati

sűrűség (g/cm3)

H2 tömeg

sűrűség (tömeg%)

Energiatartalom (MJ/kg)

Energiasűrűség (MJ/dm3)

MgH2 0,101 7 9,9 14

FeTiH1.95 0,096 1,75 2,5 13,5

LaNi5H6.7 0,089 1,37 2,5 12,7

Folyékony H2

(20K) 0,070 100 141 10

H2 gáz 10

MPa, 300K 0,007 100 141 1

Krioadszorber (77K)

0,015-0,030 3,8-5,2   

Forrás: P. Dantzer: Metal-hydride technology: a critical review, In Hydrogen in Metals III. Properties and Applications, Ed. H. Wimpf, Topics in Applied Physics Vol 73. Springer Verlag (1996)

Anyag Sűrűség(g/cm3)

Hidrogéntartalom(tömeg % H)

NH, H atomok száma

cm3-enként, x10-22

H2, gáz 10 MPa, 300K 8,2x10-5 100 0,49

Folyékony H2 20K 0.071 100 4,2

Víz 1,0 11,2 6,7

LiH 0,8 12,7 5,3

NaH 1,4 4,2 2,3

MgH2 1,4 7,6 6,7

Mg2NiH4 2,6 3,8 5,9

CaH2 1,8 4,8 5,1

AlH3 1,48 10,1 8,9

LiAlH4 0,91 10,6 5,74

TiH2 3,8 4,0 9,0

TiFeH1,93 5,47 1,8 6,0

LaNi5H6,7 8,25 1,5 7,58

VH2 4,5 2,1 10,3Forrás: R. Wiswall: Hydrogen storage in metals, In Hydrogen in Metals II. Application oriented properties, Topics in Applied Physics, Vol. 29, Springer Verlag (1978)

Üzemanyag-cella típusa

Elektrolit Működési hőmérséklet

Elektromos hatásfok

Üzemanyag Felhasználási terület

AFCalkáli elektrolitos cella

30% kálium-hidroxid oldat, gél

80°C Elméleti: 70%gyakorlati: 62%

- tiszta H2

- O2

- Járműipar- hadiipar

PEMFCmembránú cella

Proton áteresztő membrán

80°C Elméleti: 68%gyakorlati: 50%

- tiszta H2

- O2

- levegő

- Blokkfűtő erőmű- jármű ipar- hadiipar

MCFCalkáli-karbonátsó cella

Lítium-karbonátkálium-karbonát

650°C Elméleti: 65%gyakorlati: 62%

- H2

- földgáz- széngáz- biogáz- levegő- O2

- Gőzturbinás, kétlépcsős blokkfűtő erőmű- áramforrás

(Forrás: www.foek.hu, Kósa Zsigmond: A hidrogén üzemanyagcella http://info-port.uw.hu/elektronika.html)

Hatásfok

A vízbontás hatásfoka ≈ 60 % (elektrolízissel)

Fém - gáz rendszerek:

híg oldat: nagy H-,O-,N-tartalom:

Me - H szilárd oldatok Fémhidridek

Me - O szilárd oldatok Fémoxidok

Me - N szilárd oldatok Fémnitridek

Fém - metalloid rendszerek:

Me - C szilárd oldatok Fémkarbidok

Me - B szilárd oldatok Fémboridok

Me - Si szilárd oldatok Fém-szilicidek

Néhány fontos intersztíciós szilárd oldat és vegyület:

- kis koncentráció: rendezetlenség a fő jellemző,- nagy koncentráció: határozott sztöchiometria és rendezettség a fő jellemző.

Az oldékonyság valamennyi esetben korlátozott , mivel nagy az elektronegativitás-különbség az elemek között.

Téveszmék kisméretű atomok rácsközi elhelyezkedéséről: a rácsközi beépülés oka kémiai eredetű (nincs a priori mérethatás, az atomi méret a kémiai környezettől függ).

forrás: Szurdán Szabolcs

I. Gázok oldódásának nyomásfüggése:

(T=áll.)

MeH2 [H] + [H]

Sieverts-törvény

2

2

H

H

p

aK

2HH pKa

állandó egyensúlyi :K

nyomása parciális H:p

iójakoncentrác H:a

2H

H

2

I. Gázok oldódhatóságának hőmérsékletfüggése:

H oldódás fémekben:

A fémekben lejátszódó oldódásnak két típusát különböztetjük meg:

H<0, H≥0

Mivel spontán oldódásnál G<0, H0 esetén S a reakció hajtóereje:

RT

H

R

S

eep

c

log

Intersztíciós vegyületek:

Hidridek: