ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ТЕХНОЛОГИЯХ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГОЕМКИХ ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Аннотация
Поиск новых более энергоемких видов топлива для работы силовых энергетических установок летательных аппаратов – важнейшая задача в авиации. Уникальным топливом, не имеющим аналогов, является водород. В работе предпринята попытка обоснования технологии металлгидридного хранения водорода в электрохимических системах на основе алюминия и его сплавов, как наиболее доступных материалов из ископаемых металлов, поскольку традиционные способы, основанные на применении баллонов и криостатов не эффективны в транспортных системах. Показано, что объемное хранение водорода в пористой структуре металлов с формированием гидридов по дефектам атомных связей максимально пригодно для реализации системы, исключающей избыточное давление и низкие температуры. Пористая структура материала обеспечивает как высокую степень доступности раствора электролита к электроду для накопления гидридов во всем объеме металла, а не только на его поверхности, так и условия для реализации редукционного эффекта, исключающего взрывной характер экстракции водорода. Рассмотрена проблема повышения температуры в зоне протекания реакций, которая иногда является причиной замедления скорости определенных стадий электрохимического процесса. На примере гальванического хромирования установлено, что рост температуры тормозит процесс восстановления металлического хрома. Поэтому детальный учет тепловых эффектов в электрохимической системе позволяет определить механизм протекания процессов. В работе выявлено, что тепловые эффекты, возникающие на катоде, определяют кинетику процессов восстановления водорода при образовании гидрида. А тепловые эффекты на аноде определяют кинетику формирования пористой структуры в металле. Авторами предложено использовать принцип действия, связанный с переходом к технологиям объемного хранения водорода в твердофазной системе на основе металлгидридного соединения, для формирования нового класса летательных аппаратов – диапланов.
Литература
Vatazhin A.B., Guskov O.V., Danilov M.K., Kopchenov V.I. Electricity generation by magnetic-gasdynamic method in models of aircraft with high-speed air-jet engine. Izv. RAN. Mekhanika Zhidkosti i Gaza. 2009. N 4. P. 153-161 (in Russian).
Krylov Yu.E., Kaminsky V.Yu. The efficiency of hy-drogen transport energy. In Proc .: Technologies for the construction of cognitive transport systems Materials of the All-Russian scientific-practical conference. FGBUN Institute of Transport Problems. N.S. Solomenko of the Russian Academy of Sciences. 2018. P. 193-197 (in Rus-sian).
Cheremnykh O.Ya. Improving equipment for the storage and transportation of liquid hydrogen. Tekhnich. Gazy. 2010. N 4. P. 44-52 (in Russian).
Klebanoff L.E., Pratt J.W., LaFleur C.B. Comparison of the safety-related physical and combustion properties of liquid hydrogen and liquid natural gas in the context of the sf-breeze high-speed fuel-cell ferry. Internat. J. Hy-drogen Energy. 2017. V. 42. N 1. P. 757-774.
Dunikov D.O. Hydrogen energy technology. Proceedings of the workshop of the laboratory VET JIHT RAS: Sat. scientific tr. M .: JIHT RAS. 2017. V. 1. 190 p. (in Rus-sian).
Huang S.-J., Fang C., Rajagopal V., Chen Y.-L. Effect of different processes on hydrogen storage properties of az magnesium alloy. Mater. Sci. Forum. 2018. V. 920 MSF. P. 230-235.
Solovey V.V., Litvinov V.A. Thermodynamic and tech-nological aspects of metal hydride activation of hydro-gen. Tekhnich. Gazy. 2013. N 3. P. 55-59 (in Russian).
Nakagawa Y., Lee C.-H., Matsui K., Kousaka K., Isobe S., Hashimoto N., Yamaguchi S., Miyaoka H., Kojima Y., Ichikawa T. Doping effect of nb species on hydrogen desorption properties of AlH3. J. Alloy. Comp. 2018. V. 734. P. 55-59.
Chertko N.K., Chertko E.N. Geochemistry and ecology of chemical elements. Minsk: Publishing Center of BSU. 2008. 140 p. (in Russian).
Shalimov Yu.N., Parfenyuk V.I., Litvinov Yu.V., Kudryash V.I., Kharchenko E.L., Gavrilova N.V., Shalimov D.L., Milenina E.S. The processes of interac-tion of hydrogen with metals in electrochemical systems. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2009. V. 52. N 5. P. 62-66 (in Russian).
Shalimov Yu.N., Kudryash V.I., Gusev A.L., Parfenyuk V.I., Litvinov Yu.V., Sychev A.M., Kharchenko E.L., Shalimov D.L., Gavrilova N.V., Milenina E.S., Save-lieva E.L. Problems of hydrogen application in the ener-gy. Internat. J. Alternative Energy and Ecology. 2009. N 3 (71). P. 61-74 (in Russian).
Shalimov Yu.N., Satarov V.V., Podvalny S.L., Filinov V.G. Heat exchange processes on the electrodes during pulsed modes of electrodeposition of metals. Report sci-entific and technical regional conference. Non-stationary electrochemical processes. Barnaul. 1990. P. 50-62 (in Russian).
Dikusar A.I., Engelhardt G.R., Molin A.N. Thermoki-netic phenomena in high-speed electrode processes. Chis-inau: Stinitsa. 1989. 218 p. (in Russian).
Shalimov Yu.N., Zvyagintseva AV, Shalimov D.L., Russu A.V. On the peculiarities of the effect of the tem-perature of the near-electrode layer on the processes of obtaining electrolytic metals and alloys. Vestn. Voronezh. Gos. Tekhnich. Un-ta. 2018. V. 14. N 3. P. 141-149 (in Russian).
Brysenkova N.V., Shalimov Yu.N., Parfenyuk V.I. Hy-drogen storage tanks based on nickel and aluminum hy-drides. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 11. P. 131-135 (in Russian).
Shalimov Yu.N., Lutovats M., Russu A.V., Adianov I.V. Hydrogen technologies that increase the reliability of var-ious types of aircraft used in emergency situations. Vest. Voronezh Institute of the State Fire Service of the Emercom of Russia. 2016. N 4 (21). P. 98-101 (in Rus-sian).
Shalimov Yu.N., Kudryash V.I., Russu A.V. Hydrogen accumulators with a highly efficient accumulation sys-tem. In Proc .: Modern methods of applied mathematics, control theory and computer technology (PMTUKT-2016) Sb. tr. IX International Conference. Voronezh. 2016. P. 393-395 (in Russian).
Babkin V.F., Evseev E.P., Shalimov Yu.N., Russu A.V., Kudryash V.I. Prospects for the development of hydro-gen energy. Pozharn. Bezopas.: Probl. i Perspect. 2016. V. 2. N 1 (7). P. 232-237 (in Russian).
Vedeneev V.I., Gurvich L.V., Kondratiev V.N., Medvedev V.A., Frankevich E.L. The energy of break-ing chemical bonds. Ionization potentials and electron af-finity. M.: Academy of Sciences of the USSR. 1962. 215 p. (in Russian).
Kolodyazhny S.A., Stupin V.I., Shalimov Yu.N., Luto-vats M., Voitovich D., Mirayanich D., Kudryash V.I., Zvyagintseva A.V., Russu A.V. Hydrogen accumulators with a highly efficient accumulation system. In Proc.: Complex problems of technospheric safety. Voronezh State Technical University. 2016. P. 192-195 (in Rus-sian).
Ratner S.V. Innovations in aircraft industry: analysis of the results of research programs for the development of alternative types of aviation fuel. Natsional. Interesy: Prioritety i Bezopasnost’. 2018. V. 14. N 3 (360). P. 492-506 (in Russian).
