Долгосрочные накопители энергии

В настоящий момент в НИЦ «Курчатовский институт» проводится научно-исследовательская разработка технических решений для создания эффективных долгосрочных накопителей энергии. 

Уникальность

Использование «обратимого» топливного элемента, объединяющего в одной конструкции функции генерирования и утилизации водорода, позволит существенно снизить массогабаритные характеристики системы и ее стоимость.

Наряду с разработкой хранения водорода в мини-композиционных баллонах высокого давления и/или металлогидридных системах будут проработаны технические решения с микрокапиллярным хранением водорода с массовым содержанием водорода более 10% масс., а также хранением водорода в гидридообразующих электродных соединениях/ /сплавах, которые будут использованы в том числе, как составная часть электродного материала (то есть образование гидридов может протекать по электрохимическому механизму). 

Преимущества

• Увеличение энергоемкости энергоустановки (более 500 Вт·ч/кг) более чем в 2 раза по сравнению с свинцово- кислотными, никель-кадмиевыми, серно-натриевыми или литий- ионными аккумуляторами.
• Длительность автономной работы и возможность хранить энергию в виде водорода практически неограниченное время.
• Возможно использовать водород в качестве топлива для разогрева и поддержания температуры системы.

Назначение и технические характеристики

Энергоустановка на основе накопителя энергии долгосрочного хранения должна обеспечивать технические и экономические преимущества при длительном аккумулировании электрической энергии относительно стандартных решений, основанных на батареях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых, серно- натриевых или литий-ионных аккумуляторов.

Разрабатываемые технические решения должны быть ориентированы на автономное электропитание потребителя длительностью свыше 12 часов без использования иного гарантирующего источника питания.

Разрабатываемые конструктивные и технологические решения для энергоустановки на основе накопителя энергии долгосрочного хранения должны обеспечить возможность масштабирования в реальные условия с сохранением требуемых эксплуатационных характеристик:

• мощность – не менее 200 Вт;
• выходное напряжение – не менее 3,7 В;
• снимаемая плотность тока – не менее 50 мА/см2;
• тип конструкции – планарная;
• давление генерируемого водорода – не менее 1,0 МПа.

Разрабатываемая энергоустановка на основе накопителя энергии должна обеспечивать сохранение накопленной энергии с потерями не более 0,25 % в месяц.

Области применения

Энергоустановки на основе водородного накопителя энергии долгосрочного хранения и обратимого топливного элемента предназначены для систем автономного энергообеспечения:

• Мощность до 1 кВт: портативные системы для гражданских целей и для армии, робототехники, работ в полевых условиях и в чрезвычайных ситуациях. Потенциальные потребители – индивидуальные потребители, подразделения силовых ведомств, включая МЧС и др.
• Мощность 1 - 20 кВт: системы автономного электропитания, в том числе, на основе ВИЭ. Потенциальные потребители - компании, развивающие и использующие технологии водородной и автономной энергетики: РАО «Газпром», РАО «РЖД», ОАО «ОАК», медицинские учреждения и др.

Разрабатываемый образец энергоустановки предназначен для систем мониторинга (датчики и т.п.) на автономных объектах. Учитывая достаточно легкую масштабируемость системы аналоги образца могут быть использованы для создания робототехники, включая летательные аппараты.

Дальнейшее развитие проекта

Разработка автономных резервных генераторов электроэнергии на основе твердополимерных топливных элементов.

Назначение: резервные источники электропитания различных объектов, в том числе, медицинских учреждений.

Преимущества: высокий КПД топливных элементов (до 70%), долгосрочное хранение энергии в виде водорода, относительно низкая рабочая температура (40-70С), высокая маневренность по мощности, быстрый выход на номинальный режим, экологическая чистота, бесшумность работы.

Основные технические характеристики:
- мощность – 20-30 кВт (с возможностью варьирования за счет модульной конструкции батарей ТЭ);
- удельная мощность ТЭ - более 500 мВт/см2;
- хранение водорода – металлогидридные накопители и/или баллоны.