Получение сверхчистого водорода для топливных элементов с помощью модуля на основе никелевых капилляров

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе изготовлен экспериментальный модуль для очистки водорода на основе никелевых капилляров. Проведены испытания модуля при варьировании температуры, разницы парциального давления водорода с питающей и проницаемой стороны капилляров. Максимальный поток водорода, полученный с помощью модуля на основе 7 никелевых капилляров с толщиной стенки 50 мкм, составил 37.2 мл/мин при температуре 900 оС и давлении водорода 0.9 атм. Показана устойчивость исследуемого модуля к термоциклированию в интервале температур 600–800 оС в течение 55 ч.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Тропин

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: evgeny.tropin@mail.ru
Россия, Новосибирск

Е. В. Шубникова

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: evgeny.tropin@mail.ru
Россия, Новосибирск

О. А. Брагина

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: evgeny.tropin@mail.ru
Россия, Новосибирск

А. П. Немудрый

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: nemudry@solid.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Li, Q., He, R., Gao, J.-A., Jensen, J. O., and Bjerrum, N., The CO poisoning effect in PEMFCs operational at temperatures up to 200 degrees C., J. Electrochem. Soc., 2003, vol. 150(12), p. A1599.
  2. Wang, L., Zhou, Y., Yang, Y., Subramanian, A., Kisslinger, K., Zuo, X., Chuang, Ya-C., Yin, Y., Nam, C.-Y., and Rafailovich, M.H., Suppression of Carbon Monoxide Poisoning in Proton Exchange Membrane Fuel Cells via Gold Nanoparticle/Titania Ultrathin Film Heterogeneous Catalysts, ACS Appl. Energy Mater., 2019, vol. 2 (5), p. 3479.
  3. Valdés-López, V.F., Mason, T., Shearing, P.R., and Brett, D.J.L., Carbon monoxide poisoning and mitigation strategies for polymer electrolyte membrane fuel cells – A review, Progress in Energy and Combustion Sci., 2020, vol. 79, p. 100842.
  4. Kalman, V., Voigt, J., Jordan, C., and Harasek, M., Hydrogen Purification by Pressure Swing Adsorption: High-Pressure PSA Performance in Recovery from Seasonal Storage, Sustainability, 2022, vol. 14, p. 14037.
  5. Luberti, M. and Ahn, H., Review of Polybed pressure swing adsorption for hydrogen purification, Intern. J. Hydrogen Energy, 2022, vol. 47, p. 10911.
  6. Du, Z., Liu, C., Zhai, J., Guo, X., Xiong, Y., Su, W., and He, G., A Review of Hydrogen Purification Technologies for Fuel Cell Vehicles, Catalysts, 2021, vol. 11, p. 393.
  7. Mironova, E.Yu., Ermilova, M.M., Orekhova, N.V., Basov, N.L., and Yaroslavtsev, A.B., Hydrogen Production by Ethanol Steam Reforming in the Presence of Pd-, Pt-, Ru-, and Ni-Containing Nanodiamonds in Conventional and Membrane Reactors, Membranes and Membr. Technol., 2019, vol. 1, p. 246.
  8. Sazali, N., Mohamed, M.A., and Salleh, W.N.W., Membranes for hydrogen separation: a significant review, Intern. J. Adv. Manuf. Technol., 2020, vol. 107, p. 1859.
  9. Ockwig, N.W. and Nenoff, T., Membranes for Hydrogen Separation, Chem. Rev., 2007, vol. 107, p. 4078.
  10. Lu, H.T., Li, W., Miandoab, E.S., Kanehashi, S., and Hu, G., The opportunity of membrane technology for hydrogen purification in the power to hydrogen (P2H) roadmap: a review, Front Chem Sci Eng, 2021, vol. 15, p. 464.
  11. Rahimpour, M.R., Samimi, F., Babapoor, A., Tohidian, T., and Mohebi, S., Palladium membranes applications in reaction systems for hydrogen separation and purification: A review, Chem. Engineering and Processing: Process Intensification, 2017, vol. 121, p. 24.
  12. Alique, D., Martinez-Diaz, D., Sanz, R., and Calles, J.A., Review of Supported Pd-Based Membranes Preparation by Electroless Plating for Ultra-Pure Hydrogen Production, Membranes, 2018, vol. 8, p. 5.
  13. Yuan, M., Lee, K., Van Campen, D.G., Liguori, S., Toney, M.F., and Wilcox, J., Hydrogen Purification in Palladium-Based Membranes: An Operando X-ray Diffraction Study, Ind. Eng. Chem. Res., 2019, vol. 58, p. 926.
  14. Leimert, J. M., Karl, J., and Dillig, M., Dry Reforming of Methane Using a Nickel Membrane Reactor, Processes, 2017, vol. 5, p. 82.
  15. Leimert, J. M., Dillig, M., and Karl, J., Hydrogen production from solid feedstock by using a nickel membrane reformer, J. Membr. Sci., 2018, vol. 548, p. 11.
  16. Ernst, B., Haag, S., and Burgard, M., Perm selectivity of a nickel/ceramic composite membrane at elevated temperatures: a new prospect in hydrogen separation, J. Membr. Sci., 2007, vol. 288, p. 208.
  17. Wang, M., Zhou, Y., Tan, X., Gao, J., and Liu, S., Nickel hollow fiber membranes for hydrogen separation from reformate gases and water gas shift reactions operated at high temperatures, J. Membr. Sci., 2019, vol. 575 p. 89.
  18. Meng, B., Tan, X., Meng, X., Qiao, S., and Liu, S., Porous and dense Ni hollow fibre membranes, J. Alloys and Compounds, 2009, vol. 470, p. 461.
  19. Suzuki, A. and Yukawa, H., A Review for Consistent Analysis of Hydrogen Permeability through Dense Metallic Membranes, Membranes, 2020, vol. 10, p. 120.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внешний вид изготовленного мембранного модуля на основе никелевых капилляров.

Скачать (75KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема мембранного модуля.

Скачать (118KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрофотографии единичных никелевых капилляров: (а) – поперечное сечение, (б) – микрофотография стенки, (в) – внешняя поверхность, (г) – внутренняя поверхность.

Скачать (264KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгенограммы Ni-капилляра до (а) и после (б) исследования водородной проницаемости. Сравнение экспериментально полученных рентгенограмм с рассчитанной методом Ритвельда.

Скачать (144KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость суммарного потока водорода на выходе из модуля от температуры и парциального давления на входе в модуль. С питающей стороны J(He) + J(H2) = 100 мл/мин; с проницаемой стороны J(Ar) = 150 мл/мин.

Скачать (59KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость потока водорода на выходе из модуля от скорости потока продувочного газа. С питающей стороны J(He) + J(H2) = 100 мл/мин, pH2 = 0.5 атм.

Скачать (63KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость потока водорода от времени при термоциклировании мембранного модуля в диапазоне 600–800 оС. Парциальное давление водорода на входе в модуль 0.5 атм.

Скачать (100KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024