Материалы для энергетики

Материалы для энергетики
1. Материалы для производства энергии
2. Материалы для передачи энергии
электрической
максимальная электропроводность
Cu, Al
ВТСП (> 77 К)
Bi2Sr2Can-1CunO5+2n-1
n = 2, 3
ленты в Ag оболочке
пиннинг
тепловой
теплоносители
теплоизоляционные
материалы
Электроэнергетика
тепловая
энергия
сжигание
топлива
ядерное
деление
механическая
энергия
ГЭС
ветровые
приливные
солнечное
излучение
электроэнергия
Виды топлива
влажность
зола
жаропроизводительность, оС
Теплота сгорания,
МДж/кг
% масс
% масс
дрова
40
0,6
1600
10,2
торф
50
6,3
1500
8,1
бурый уголь
33
6
1800
15,7
каменный уголь
8
23
2050
22
мазут
3
0,1
2100
39,2
бензин
-
-
2100
44
природный газ
-
-
2000
35,6 МДж/м3
«условное топливо»: 7000 ккал/кг, 29,3 МДж/кг
Материалы ядерной энергетики
1. Конструкционные
2. Топливные (деление 235U, 238U) UOx
3. Замедлители n (D2O, графит)
4. Поглотители n (B, Cd, In)
5. Теплоносители
Электрохимическая энергетика
катод: A+m + me- => A
анод: B => B+n + ne-
Mn/Zn элемент
MnO2 + H+ + e- => MnO(OH)
2Zn + 4NH4+ => Zn2+ + Zn(NH3)42+ + 4H+ + 4e-
Электрохимические аккумуляторы
1. Свинцовый кислотный
PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- => PbSO4 + 2H2O
Pb + SO42- => PbSO4 + 2e-
2. Кадмиевый щелочной
2NiO(OH) + 2H2O + 2e- => 2Ni(OH)2 + 2OHCd + 2OH- => Cd(OH)2 + 2e-
3. Натрий - серный
Naж / «Na--Al2O3» / Na2Sx ж
Na2Sx + y Na+ + y e- => Na2Sz
Na => Na+ + e-
4. Литий - иодный.
«Li» / LiI / «I2»
Li в графите
(CH3)4NI5 и др.
длительное время
автономной работы (ок. 10 л.)
Литиевые источники тока
почему Li?
малый ионный радиус => высокая подвижность в электролите
полимер + соль Li
LiAsF6, LiPF6, LiClO4,...
анод
LixC6 (интеркалят в графите)
катод
MeOx со слоистой структурой системой
структурных каналов
Li+ + MeOx +e- => LiMeOx
Li1-xCoO2, Li1-xNiO2, Li1-xMn2O4,
Li1-xV3O8, ...
Водородная энергетика
2H2 + O2 = 2H2O
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
H2 :
CH4 :
ΔH = -286 кДж/моль H2
ΔH = -894 кДж/моль
1,43∙108 Дж/кг
5,59∙107 Дж/кг
Топливные элементы
возд., Pt /
O2-
/ Pt, H2
O2 + 4e- => 2O2ZrO2(Y2O3), ZrO2(CaO), Bi2O3(RE2O3)
BIMEVOX,...
O2- + H2 =>
=> H2O + 2e-
1. Большое число подвижных ионов одного типа
2. Большое чило незанятых позиций им доступных
3. Малый активационный барьер перескока
4. Наличие открытых каналов для миграции ионов
Проблема хранения H
(%)
m
V
(кг(H 2)/м 3)
T(K)
p(атм)
Баллоны высокого
давления
13
<40
300
800
H2(ж)
определяется размером
70,8
21
1
кр.т. 33 К
Физ. адсорб.
ок. 2
20
190
100
ок. 2
150
300
1
150
370
1
300
1
нанокристаллический C, нанотрубки
Растворение в металлах
MH1-x, MH2-x, MH3-x раств.: Ti, Mn
Гидридные комплексы
MAlH4, MBH4
LaNi 5 => LaNi5H6
<18
3NaAlH 4 => Na3AlH 6 + 2Al + 3H2 (3,7% H)
Na3AlH 6 => 3NaH + Al + 3/2 H2 (3% H)
LiBH 4 - 18% H
Металлы и комплексы в
реакции с водой
>40
>150