gototopgototop

Воздушно-водородные источники тока

Глебова Надежда Викторовна – младший научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе. (г.Санкт-Петербург)

Нечитайлов Андрей Алексеевич - кандидат технических наук, научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе. (г.Санкт-Петербург)

Кошкина Дарья Владимировна – инженер Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе. (г.Санкт-Петербург)

Варганов Виктор Борисович – кандидат технических наук, начальник лаборатории Государственного научного центра РФ ФГУП "Государственного научно-исследовательского института химии и технологии элементоорганических соединений". (г.Москва)

Каменьков Дмитрий Васильевич – сотрудник Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). (г.Санкт-Петербург)

Аннотация: Описаны достижения в области разработки воздушно-водородных компактных источников тока. Приведены данные по источникам водорода для питания компактных источников тока.

Ключевые слова: водородная энергетика, воздушно-водородные топливные элементы, нанокатализатор, углеродные нанотрубки, источник водорода.

Понятия энергоэффективности и энергосбережения напрямую связаны со степенью эффективности процессов преобразования энергии. В электрохимических энергоустановках, таких как топливные элементы (ТЭ), электролизеры, суперионные конденсаторы, важнейшим структурным элементом, во многом определяющим эффективность их работы, являются каталитические, активные электродные слои. От эффективности электродных реакций, протекающих на поверхности материала пористого слоя, зависят такие важнейшие параметры устройства как удельная мощность, КПД, массогабаритные характеристики, расход платиновых металлов, экологическая безопасность. Все это отражается на себестоимости, коммерческой привлекательности и конкурентоспособности изделий.

В ФТИ им. А.Ф. Иоффе работы по повышению эффективности протекания электродных реакций и разработке компактных источников тока ведутся на протяжении ~ последних 10 лет. В результате выполненных работ создана технология нанокомпозитного катализатора на основе модифицированных многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) [1]. Оригинальная технология УНТ, подвергнутых последовательной плазмохимической и химической функционализации, имеет высокую эффективность и позволяет получать продукт с минимальной себестоимостью. Установлены главные принципы повышения эффективности катализа на электродах мембранно-электродных блоков. Впервые зафиксирован эффект сокатализа на платине и УНТ, увеличивающий эффективность нанокатализатора. Катализатор использован в мембранно-электродных блоках (МЭБ) воздушно-водородных ТЭ. Благодаря эффекту сокатализа и оптимальной структуре разработанного материала улучшены следующие параметры ТЭ: эффективность использования платины до 4 раз; удельная мощность ~ в 2 раза.

Разработана технология МЭБ ТЭ с удельной мощностью, достигающей 425 мВт/см2 при загрузке платины около 300 мкг/см2 [2], что находится на уровне мировых достижений признанных авторитетов в области топливных элементов, таких как Angstrom, Medis, Horizon.

Кроме того, разработана конструкция и конструкторская документация компактного источника тока номинальной мощностью 5 Вт на основе твердополимерных топливных элементов (рис. 1), предусматривающая оригинальную архитектуру со свободнодышащим катодом и использованием современных, дешевых, электрохимически устойчивых материалов, что позволяет минимизировать массогабаритные параметры и увеличить срок службы изделия.

Фотография источника тока номинальной мощностью 5 Вт

Рисунок 1. Фотография источника тока номинальной мощностью 5 Вт.

Источник тока предназначен для питания или зарядки электронных устройств мощностью до 5 Вт. Имеет модульную архитектуру, что позволяет легко наращивать мощность до необходимых величин. Топливом для источника тока служит водород.

На сегодняшний день ведется поиск эффективных источников водорода с большим его удельным содержанием. Фактическим стандартом на данный момент для хранения водорода являются металлгидриды. Однако содержание водорода в них не превышает 2 масс. %. Перспективным направлением является использование более богатых водородом соединений, как, например, боргидриды. В институте ГНИИХТЭОС разрабатывается источник водорода на основе боргидрида натрия (рис. 2).

Миниатюрные генераторы водорода, основанные на каталитическом разложении растворов боргидрида натрия

Рисунок 2. Миниатюрные генераторы водорода, основанные на каталитическом разложении растворов боргидрида натрия.

Производительность - до 33 л/час; энергоемкость – 50 Вт∙ч; водород - 99,999 %, содержание СО менее 0,0001%; масса – 200 г, высота- 17 см., диаметр-7 см., материал: нержавеющая сталь 12Х18Н10Т.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ ГК № 16.516.11.6135, НШ-3008.2012.2. Авторы благодарят Филиппова А.К. за предоставление УНТ.

Список литературы:

1. Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Способ изготовления каталитического материала для топливного элемента. Патент РФ № 2421849, приоритет от 07.12.2009.
2. Забродский А.Г., Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Терукова Е.Е., Теруков Е.И., Томасов А.А., Зеленина Н.К. Мембранно-электродные блоки с высокой удельной мощностью на основе функционализированных многостенных углеродных нанотрубок // ПЖТФ. 2010. Т. 36, вып. 23. С. 98 – 105.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его печать и доставку, составляет 350 рублей для России и 420 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость свидетельства о публикации составляет 120 рублей

Реквизиты для оплаты через банк