select language:  lietuvių  |    english
Naujienos
Renginiai
Apie LEI
Mokslo padaliniai
Šiluminių įrengimų tyrimo ir bandymų laboratorija (12)
Degimo procesų laboratorija (13)
Branduolinės inžinerijos problemų laboratorija (14)
Plazminių technologijų laboratorija (15)
Medžiagų tyrimų ir bandymų laboratorija (16)
Branduolinių įrenginių saugos laboratorija (17)
Vandenilio energetikos technologijų centras (18)
Atsinaujinančių išteklių ir efektyvios energetikos laboratorija (20)
Sistemų valdymo ir automatizavimo laboratorija (21)
Energetikos kompleksinių tyrimų laboratorija (31)
Hidrologijos laboratorija (33)
Informacija
Tarptautiniai projektai
Doktorantūra
Karjera
JMS
   spausdinti

Mokslo padaliniai / Vandenilio energetikos technologijų centras (18)

Vandenilio energetikos technologijų centras (18)

 Laboratorijos vadovas

  Darius Milčius, Dr.


  Breslaujos g. 3, LT-44403 Kaunas

  Tel.: 8-37-401909
  Faks.: 8-37-351271
  Darius.Milcius


Publikacija apie laboratoriją 
FUSION Programme: Kick-Off Meeting Presentations 2004

Pagrindinės Centro mokslinės veiklos kryptys:

Tyrimai vandenilio energetikos srityje:
  • vandenilio atskyrimo membranų sintezė ir savybių analizė;
  • vandenilio gavyba, panaudojant vandens reakcijas su metalų ir jų lydinių nanodalelėmis;
  • metalų ir jų lydinių hidridų, skirtų vandeniliui saugoti, sintezė ir savybių analizė;
  • vandenilio kuro elementų anodų/elektrolitų/katodų sintezė, taikant fizikinius medžiagų nusodinimo metodus;
  • NiMH baterijų elektrodų savybių analizė.
 
2016 m. tęsiamas valstybės subsidijomis finansuojamas projektas Vandenilio, skirto nešiojamiems energijos saugojimo įtaisams, sintezė panaudojant vandens ir plazmoje aktyvuotų nanomedžiagų ir metalų/metalų hidridų reakcijas, tyrimai. Šis darbas yra susijęs su inovatyvia vandenilio energetikos koncepcija, kai vandenilio gavyba esant poreikiui (in situ), realizuojama vykstant vandens reakcijai su metalais, turinčiais negatyvesnį redokso potencialą vandens atžvilgiu nei vandenilis:

M + хH2O → MOx + хH2
M + 2xH2O→ M(OH)2x +xH2
kur: M – metalas arba metalų lydiniai.

Šiuo tikslu vienas iš potencialių metalų yra aliuminis. Tai netoksiškas, ganėtinai pigus ir labai paplitęs metalas. Sureagavus 1 g aliuminio su vandeniu, teoriškai išskiriamas vandenilio kiekis yra 1245 ml. Nors aliuminio ir vandens reakcija termodinamiškai galima, tačiau įprastomis sąlygomis ji nevyksta dėl aliuminio paviršiaus oksidacijos, sąveikaujant su atmosferoje esančiu deguonimi. Paviršiuje susidaro plona 5-10 nm storio Al2O3 plėvelė, kuri pasyvuoja metalą ir neleidžia vykti aliuminio/vandens reakcijai. Vandens molekulės neprasiskverbia pro šį barjerą.

Vienas paprasčiausių būdų priversti aliuminį reaguoti su vandeniu, tai labai padidinti vandens pH vertę. Tačiau vandenilio generavimas stiprioje šarminėje terpėje ilgainiui gali pažeisti ir sugadinti kuro elemento membraną. Vienas efektyviausių metodų skirtų aliuminiui modifikuoti yra lydinių formavimas su kitais metalais (Al + Ga, In, Sn, Bi, Ni, ir kt.), tačiau tai gerokai padidina technologijos kainą bei atsiranda papildomos priemaišos.

Vandenilio gavyba, esant poreikiui, taip pat gali būti realizuojama vykstant magnio hidrido hidrolizės reakcijai (vandens reakcijai su magnio hidridu), kurios metu formuojasi magnio hidroksidas, vandenilis ir išsiskiria šiluma.

Pagrindinis darbo originalumas – aliuminiui aktyvuoti ir Mg-MgH2 nanokristalinių struktūroms gauti taikomos žematemperatūrės plazmos technologijos, kurių metu (in situ) bus realizuota energetinė aktyvacija, besiformuojančios struktūros korpuskulinių dalelių srautais (fotonai, elektronai ir jonai), išgaunamais iš plazmos. Gautos medžiagos dėl struktūrinių ypatumų (nanokristalinė ar amorfinė struktūra, defektų kiekio, tekstūra) pasižymi unikaliomis adsorbcinėmis/desorbcinėmis savybėmis ir yra realios kandidatės naujos kartos vandenilio generavimo medžiagoms kurti.

Al ir Mg milteliai buvo modifikuojami H2 dujų plazmoje pagal pateiktą schemą 1 paveiksle. Abiem atvejais milteliai buvo išdėstyti vakuuminėje kameroje po magnetronu, kuris buvo naudojamas kaip plazmos generavimo šaltinis. Prie vakuuminės sistemos prijungti rotacinis ir difuzinis siurbliai leidžia pasiekti 1,510-1 Pa pradinį slėgį kameroje. Darbinis slėgis kameroje buvo naudojamas 13 Pa.


1 pav. Al miltelių modifikavimo ir Mg miltelių plazminio hidrinimo sistema

Aktyvuotų miltelių (Al arba Mg / MgH2) reakcijos su vandeniu metu sugeneruotos vandenilio dujos perteka per filtravimo sistemą (2 pav.). Nepageidaujamų medžiagų pašalinimas iš vandenilio dujų užtikrina ne tik didesnį kuro elemento efektyvumą, bet ir ilgaamžiškesnį elektros energijos generavimo elemento gyvavimo laiką. Generuojamos elektros energijos pagrindinių parametrų matavimai atliekami energijos matuokliu Horizon Energy Monitor, prie kurio taip pat prijungiama žinomo dydžio (varžos) apkrova.


2 pav. Elektros energijos generavimo schema panaudojant Al/Mg reakcijas su vandeniu


PAGRINDINĖS 2016 M. ATLIKTŲ DARBŲ IŠVADOS:

Žematemperatūrinės vandenilio plazmos poveikis aliuminio bei magnio milteliams lemia struktūrinius pokyčius tiriamų bandinių paviršiuje. Net ir menkiausi plazmos sukelti defektai bei plono paviršinio sluoksnio stechiometriniai pakitimai turi įtakos tiriamų miltelių reakcijos su vandeniu našumui. Verta paminėti, jog po H2 dujų plazmos poveikio RSD difraktogramose, AlH3 fazės atsiradimas nebuvo stebimas. Tačiau hidrinant Mg miltelius, identifikuojama nedidelė MgH2 smailė. Taigi, Al milteliai, lyginant su Mg, beveik nepatiria jokių tūrinių struktūros pokyčių.

Elektros energijos generavimo proceso efektyvumas priklauso ne tik nuo naudojamų plazmoje modifikuotų medžiagų paviršinių (Mg atveju ir tūrinių) struktūrinių ypatumų, bet ir nuo kitų, tiesiogiai susijusių, aplinkos sąlygų (reakcijoje naudojamo vandens temperatūra, pH vertė, miltelių ir vandens santykis).

2016 m. daugiausia buvo atliekami pirmieji eksperimentiniai darbai, siekiant Al ir Mg oksidus ir hidroksidus redukuoti į metalus ir vėliau vėl kartoti vandenilio generavimo ciklą.

Pagrindinė išvada, susijusi su Al oksidų redukcija: pagal pateiktus rezultatus galima teigti, kad daugiausiai įtakos aliuminio oksido redukcijai turėjo vandenilio kiekis vakuumo kameroje. Padidinus slėgį, stebime nors ir ne ženklų, tačiau didesnį oksido sumažėjimą nei naudojant žemesnį darbinį dujų slėgį. Taip pat reikia atsižvelgti į temperatūrą, kuomet viršijus 1000 °C, redukcija pakeičiama oksidacijos procesu.

Pagrindinės išvados, susijusios su Mg oksidų redukcija: reziumuojant šiuo metu turimus rezultatus, būtina atkreipti dėmesį, kad oksiduotų magnio miltelių regeneravimo efektyvumą lemia tinkamų darbinių sąlygų parinkimas, įskaitant poveikio vandenilio plazmoje laiką ir temperatūrą. Šiame projekte, elektros generavimo darbai atliekami bendradarbiaujant su UAB Inovatas, ir pagrindiniai rezultatai pristatyti Tarptautinės energetikos agentūros, Vandenilio taikymo sutarties 32 grupės: vandenilio panaudojimu pagrįstos energijos saugojimo sistemos (IEA HYDROGEN IMPLEMENTING AGREEMENT Task 32 – Hydrogen-based energy storage) seminare Berlyne.



Tęsiami bendri darbai su IFE (Norvegijos energetikos institutas) ir Stokholmo universiteto (Švedija) tyrėjais, charakterizuojant ir modifikuojant metalų hidridus, naudojamus NiMH elementuose, skirtuose atsinaujinantiems energijos ištekliams integruoti į tinklą, ir gaminamų Nilar AB.

2016 m. centro darbuotojai paskelbė 2 mokslinius straipsnius leidiniuose, „Clarivate Analytics“ duomenų bazėje „Web of Science Core Collection“ referuojamuose leidiniuose, 3 straipsnius mokslo leidiniuose, registruotuose tarptautinėse mokslinės informacijos duomenų bazėse ir skaitė 1 pranešimą tarptautinėje konferencijoje.

© Lietuvos energetikos institutas, 2005-2017. Visos teisės saugomos.
Valstybės biudžetinė įstaiga. Duomenys kaupiami ir saugomi Juridinių asmenų registre, kodas 111955219 | PVM kodas LT119552113