Плотность энергии.

[RadioactiveRainbow]

Какие существуют в природе накопители, в которые можно забить более 10 МДж/кг ?

[Ark]

Дрова - удельная теплота сгорания - 19 Мдж/кг
Антрацит - 32 Мдж/кг
 

[Wyvern]

Дрова - удельная теплота сгорания - 19 Мдж/кг
Антрацит - 32 Мдж/кг
 

Хотелось бы отметить, что это теплотворная способность БЕЗ УЧЕТА МАССЫ ОКИСЛИТЕЛЯ Так, что можно смело делить на 3-4

[hcube]

Ммм... ну, всякая экзотика, у которой водород менее связан, чем в молекуле водорода. Дейтрид лития какой-нибудь ;-) Окислитель видимо кислород оптимален - двухвалентный. Можно попробовать не просто кислород, а легкие изотопы кислорода, причем в молекуле озона ;-).

Но вообще на химии сильно больше не получишь - прочность даже самых ближних к ядру валентных связей не позволит.  Если хочется УИ больше - надо или использовать внешнее рабочее тело, или дополнительно вкачивать энергию в плюс к энергии сгорания.

[sychbird]

Как энергетический контейнер непревзойденными качествами обладает вода. А разлагать ее на водород кислород надо электрохимическими методами, из которых электролиз наиболее дубовый и не интересный. Хотя в дальних полетах не очень далеко от Солнца и он сгодится. Большие перспективы в этой области открывают нанотехнологии, позволяющие хранить и разлагать кластерную воду на ультра дисперсных адсорбционных носителях, типа алюминия, могущих выступать в роли топлива наряду с водородом. Дело за инженерно-технологическим оформлением процессов. Но нет пока серьезного заказа со стороны ракетчиков, плохо информированных о перспективах и полностью погруженных в  высасывание крохотных преимуществ в рамках традиционных подходов.

[KBOB]

Какие существуют в природе накопители, в которые можно забить более 10 МДж/кг ?

Энергия химической связи лежит в диаппазоне 10-1000кДж/моль, то-есть легко можно подобрать химические вещества, состоящие из легких элементов, чье привращения даст энерговыделение на уровне 10 МДж/кг.

Ну и про изотопные генераторы забывать не следует!

[KBOB]

Как энергетический контейнер непревзойденными качествами обладает вода. А разлагать ее на водород кислород надо электрохимическими методами, из которых электролиз наиболее дубовый и не интересный. Хотя в дальних полетах не очень далеко от Солнца и он сгодится. Большие перспективы в этой области открывают нанотехнологии, позволяющие хранить и разлагать кластерную воду на ультра дисперсных адсорбционных носителях, типа алюминия, могущих выступать в роли топлива наряду с водородом. Дело за инженерно-технологическим оформлением процессов. Но нет пока серьезного заказа со стороны ракетчиков, плохо информированных о перспективах и полностью погруженных в  высасывание крохотных преимуществ в рамках традиционных подходов.

Энтальпия образования
LiF - 612 кДж/моль;
BeO - 598 кДж/моль
HF - 271 кДж/моль
H2O - 286 кДж/моль

[sychbird]

То KBOB

Сравнение термодинамических данных это лобовой подход в русле уже пройденного. Например методы химии высоких энергий позволяют рассчитывать в принципе и на энергии ионизации не только внешних электронных оболочек. А сочетание методов нанотехнологиЙ, химии супрамолекулярных соединений, гетерогенного фотостимулированного катализа и электрохимии открывают новое обширное поле для использования экзотических видов ракетного топлива химической природы.

Пока для двигателей малой  и средней тяги.

[hcube]

Народ, а давайте приводить не в КДж/моль, а в КДж/кг ;-). Алюминий - да, известная штука, он в присутствии щелочи отлично вытесняет водород из воды. Одна маленькая проблемка - у него атомная масса высокая ;-) Водорода на атм кислорода надо два атома - 2 г/моль. А алюминия - 0.6 атома, он окиесел Al2O3 образует. Масса алюминия - 27, т.е. 18 г/моль кислорода. Вместо двух.

Мне кажется, самое оптимальное - пара водород-озон. Может быть какое то экзотическое соединение водорода, хотя вроде и метан, и аммиак дают УИ меньше, чем просто у водород-кислорода.

[Птыц]

Если на выходе нужен газ, то все не так весело (отрицательная энтальпия при н.у.):
LIF -- 339 кДж/моль = 13.0 МДж/кг
BeO -- -134 кДж/моль = -5.6 МДж/кг
HF -- 271 кДж/моль = 13.6 Мдж/кг
H2O -- 242 кДж/моль = 13.4 Мдж/кг

При этом при н.у. газообразный оксид бериллия -- это эндотермическое соединение, для получения которого нужно дополнительное тепло.
А если считать честно, нужны зависимости теплоемкостей и энтропии от температуры.

Но, в любом случае, природу не обманешь -- получится около 13 МДж/кг

В качестве окислителя можно применять (отрицательная энтальпия при н.у.):
O3 -- -142 кДж/моль
OF2 -- -25 кДж/моль

Но много это не даст:
3Н2+O3=3H2O -- 242+142/3=289 кДж/моль = 16.1 МДж/моль

А вот с устойчивостью этой дряни...

[sychbird]

Интерес представляют сложные каскадные химические превращения. Высокий УИ может быть получен не за счет максимальной энергии  одностадийной экзо-реакции  компонетов с малой атомной массой, проводимой при большом давлении. Часть энергии в многостадийном процесс может быть получена в виде энергии свободных электронов, используемой физическими методами для организации пробоя в плазме либо процессов каскадной ударной ионизации. При этом появляется возможность использовать энергию связи части внутренних электронных оболочек. А высокоионизованную плотную плазму дополнительно разгонять за счет энергии магнитных полей внешнего источника ЭДС или  за счет части энергии, высвобожденной в многостадийном процессе. Даже с учетом КПД превращения тепловой энергии в электромагнитную УИ может оказаться  достаточно высоким. При многостадийном процессе можно сжечь в качестве топлива и основную часть ультрадисперсного контейнера-носителя из магния или алюминия. При этом как бы используется в качестве топлива часть баковой конструкции.

В качестве контейнера-носителя могут быть использованы и супрамолекулярные соединения на основе углерода(фулерены и его аналоги)  или  супрамолекулярной металлоорганики.

[KBOB]

Народ, а давайте приводить не в КДж/моль, а в КДж/кг ;-). Алюминий - да, известная штука, он в присутствии щелочи отлично вытесняет водород из воды. Одна маленькая проблемка - у него атомная масса высокая ;-) Водорода на атм кислорода надо два атома - 2 г/моль. А алюминия - 0.6 атома, он окиесел Al2O3 образует. Масса алюминия - 27, т.е. 18 г/моль кислорода. Вместо двух.

Мне кажется, самое оптимальное - пара водород-озон. Может быть какое то экзотическое соединение водорода, хотя вроде и метан, и аммиак дают УИ меньше, чем просто у водород-кислорода.

Энтальпия образования
LiF - 612 кДж/моль (23.5 МДж/кг)
BeO - 598 кДж/моль  (22.1 МДж/кг)
HF - 271 кДж/моль (13.6 МДж/кг)
H2O - 286 кДж/моль (15.9 МДж/кг)

Озон богаче энергией, чем кислород на ~3 МДж/кг.
Самой высоко-энергетичной парой является Be + озон 24 МДж/кг

[KBOB]

Если на выходе нужен газ, то все не так весело (отрицательная энтальпия при н.у.):
LIF -- 339 кДж/моль = 13.0 МДж/кг
BeO -- -134 кДж/моль = -5.6 МДж/кг
HF -- 271 кДж/моль = 13.6 Мдж/кг
H2O -- 242 кДж/моль = 13.4 Мдж/кг

При этом при н.у. газообразный оксид бериллия -- это эндотермическое соединение, для получения которого нужно дополнительное тепло.
А если считать честно, нужны зависимости теплоемкостей и энтропии от температуры.

Но, в любом случае, природу не обманешь -- получится около 13 МДж/кг

В качестве окислителя можно применять (отрицательная энтальпия при н.у.):
O3 -- -142 кДж/моль
OF2 -- -25 кДж/моль

Но много это не даст:
3Н2+O3=3H2O -- 242+142/3=289 кДж/моль = 16.1 МДж/моль

А вот с устойчивостью этой дряни...

А зачем на выходе газ?

[Птыц]

Сравнение термодинамических данных это лобовой подход в русле уже пройденного.

Простите, но закон сохранения энергии пока еще не отменяли.

Например методы химии высоких энергий позволяют рассчитывать в принципе и на энергии ионизации не только внешних электронных оболочек.

Не возражаю. Но нам же нужно понизить энергию полученных в результате химических реакций соединений. Или же вы собираетесь повысить энергию реагентов? Если последнее -- то еще в 60-е годы (если мне не изменяет память) предлагали использовать в качестве топлива радикалы водорода. Энергия диссоциации молекулы водорода 432 кДж/моль = 216 МДж/кг. Да и молекулярная масса продукта в 9 раз меньше чем у воды. Одно плохо -- пока никому не удалось заставить жить радикалы такого типа время, достаточное для заправки ракеты (и даже много меньшее).

А сочетание методов нанотехнологиЙ, химии супрамолекулярных соединений, гетерогенного фотостимулированного катализа и электрохимии открывают новое обширное поле для использования экзотических видов ракетного топлива химической природы.

1. Хотелось бы понять, при чем тут нанотехнология?
2. Супрамолекуклярные соединения:
Supramolecular chemistry refers to the area of chemistry beyond the molecules and focuses on the chemical systems made up of a discrete number of assembled molecular subunits or components. The forces responsible for the spatial organization may vary from weak (intermolecular forces, electrostatic or hydrogen bonding) to strong (covalent bonding), provided that the degree of electronic coupling between the molecular component remains small with respect to relevant energy parameters of the component.
По-моему, к рассматриваемому вопросу это отношения не имеет.
3. Катализ не изменяет состава получающихся соединений. Он может только ускорить одну из веток параллельной реакции.
4. А причем тут электрохимия?

[Птыц]

А зачем на выходе газ?

Ну так мы ракетный двигатель делаем. Следовательно нам нужно понизить молекулярную массу истекающих соединений.
Да, и при этом если BeO кипит при 4100°C, то вода кипит при 100...

[Птыц]

Интерес представляют сложные каскадные химические превращения. ...

Но энергия будет все равно той же самой. Или вы предлагаете делать плазму химическими методами, а потом доразгонять?

[zyxman]

Какие существуют в природе накопители, в которые можно забить более 10 МДж/кг ?

Отличный вопрос! Браво!

[sychbird]

Интерес представляют сложные каскадные химические превращения. ...

Но энергия будет все равно той же самой. Или вы предлагаете делать плазму химическими методами, а потом доразгонять?

Той же самой по сравнению с чем? В основе получения плазмы лежит физический процесс ионизации. Ионизация может быть чисто термическая за счет экзоэнергии разрыва химических связей или внешнего нагрева, а может иметь и другие сопутствующие  физические механизмы электромагнитной  природы.
А УИ не зависит линейно от энтальпии реакций в КС.

[hcube]

ЖРД конечно мы не делаем. Но факт в том, что плотность энергии на КИЛОГРАММ выше у тех веществ, у которых на одну валентную связь этих самых килограммов поменьше. Кроме того, у них и связи более прочные. Поэтому в качесте донора или акцептора электронов лучше водорода ничего не найти. Ну да, можно еще бериллий - но он ядовитый, и, как правильно тут указали, ни разу не газ после реакции. Хотя может это и хорошо.

В общем, если нужна батарейка - то некий топливный элемент на компонентах бериллий-озон. Если ЖРД - то озон-кислород.

[Гусев_А]

Только вот озон как то очень плохо хранится, и уж тем более перевозится в чистом 100%-ом виде.

Фтор черезчур агрессивный, хотя это и не приговор.

Литий и берилий это как бы немного твердое топливо, и качегарку нужно будет делать, как для твердого топлива. Ладно литий плавится полегче, а для берилия нужны будут в штате кочегары, иначе вся реакция выделения энергии будет происходить только в месте хранения этого самого берилия.

Да и с водородом, с заправкой и транспортировкой гимарой не так просто, хотя успешный опыт есть, нужно только волевое решение.

Так что из химии дальше чем водород-кислород в промышленных масштабах ни чего не выжать. Обратим свои взоры к ядерной и солнечной энергии за пределами атмосферы лучшего "неизсякаемого" источника энергии не найти. (пока)