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