Порошковые материалы, изделия из них и топливные элементы в ООО "ЗЭП"

Аналогичные результаты были получены и на ЭХГ «Фотон», заполненных газовой консервирующей смесью, которые хранились в РКК «Энергия» и на ЗЭП без какого-либо обслуживания, т.е. при испытаниях через 13, 15 и более лет они сохранили свои исходные характеристики в полном объеме.

На базе ТЭ возможно создание электролизеров для обеспечения топливом аварийных энергоустановок в месте их применения на базе тех же комплектующих, что и ТЭ с подачей воды в батарею в виде пара путём циркуляции пароводородной смеси. ВАХ такой батареи, пересчитанная на один электролизный элемент, представлена на рис. 6.

В 90-е гг. был создан макетный образец генератора для подводных аппаратов, который прошёл успешные испытания в Приморске, С 2011 году в ОАО «ЦКБ МТ «Рубин» проводятся демонстрационные испытания генераторов, созданных на базе ЭХГ «Фотон».

Рис. 6. ВАХ электролизного

В 1999 г. ОАО «АвтоВАЗ» совместно с ОАО РКК «Энергия» и ООО «ЗЭП» начали работы по созданию ЭХГ кислород-водород для первого электромобиля на базе «ВАЗ 2131» («Нива»). Проведены первые его ходовые испытания.

Проведены первые ходовые испытания и второго электромобиля на базе «ВАЗ 2111» с модернизированным для работы на воздухе ЭХГ «Фотон».

Начата разработка нового более мощного (~ 100 кВт) водородно-кислородного (воздушного) ЭХГ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В период 2006 - 2009 гг. в ООО «ЗЭП» была проведена разработка топливного элемента площадью ~ 700 см2 (ТЭ700) на базе технических решений, использованных в ЭХГ «Фотон» [1]. Для него был разработан буферный слой водородного электрода из более дешевого карбонильного никелевого порошка вместо оксалатного, создана новая технология изготовления электродных подложек в непрерывной «бесконечной» ленте. Разработано серебряное покрытие кислородных электродных подложек и биполярной рамки вместо золотого, что позволило снизить стоимость ТЭ. Уменьшена толщина никелевой ленты биполярной рамки с 0,15 мм (ТЭ176) до 0,10 мм (ТЭ700), что значительно снизило её массу и стоимость. Удалось снизить толщину ТЭ700 до 1,9 мм против 2,4 мм для ТЭ176 (ЭХГ «Фотон»), сокращение в 4 раза (с 40 до 10 мг/см2) расхода металлов платиновой группы (платины и родия) на единицу рабочей площади без ухудшения активности электродов. Получены первые экспериментальные результаты по дальнейшему снижению навески катализатора: на водородном электроде до 0,5 мг/см2, а на кислородном - до 2 мг/см2. Новым конструкторским решением БТЭ700 является применение среднего фланца (рис. 7), через который осуществляется раздача и продувка реагентов и теплоносителя. Напряжение батареи ТЭ увеличено до 380 В.

Рис. 8. Биэлектроды с рабочей площадью176 см2 и 700 см2.

Рис. 9. БТЭ 700

Проведена разработка конструкторской и технологической документации на комплектующие щелочного матричного топливного элемента с рабочей поверхностью 700 см? и на ключевые комплектующие БТЭ, общий вид которой показан на рис. 9. На рис. 8 представлена фотография биэлектрода топливного элемента площадью 700 см2. Для сравнения на этой же фотографии показан биполярный электрод ТЭ176 (ЭХГ «Фотон»).

Аттестация разработанного ТЭ700 проводилась в составе макетных образцов БТЭ (рис. 11) с 6-ю, 8-ю и 32-мя топливными элементами.

Рис. 10. Энергоустановка на ТОТЭ мощностью 1,6 кВт.

Рис. 11. Макетный образец БТЭ700 на стенде

Проведённая аттестация показала, что при переходе к большей площади электрохимические характеристики ТЭ удалось сохранить в полном объёме.

В настоящее время на ООО «ЗЭП» совместно с Институтом высокотем-пературной электрохимии УрО РАН ведутся работы по созданию энергоустановки на ТОТЭ под нужды Газпрома. Изготовлен макет установки мощностью 1,6 кВт, проведены первые испытания этого макета. Внешний вид установки показан на рис. 10, а его вольтамперная и ватт-амперная характеристики - на рис.12.

Заключение

Дальнейшие разработки в области ТЭ в России, на наш взгляд, должны проводиться на базе кооперации различных организаций.

Основными направлениями этих разработок могут быть:

1. Поэтапное снижение за счёт внедрения нанотехнологий содержания драгоценных металлов (ДМ) в катализаторе до 2 мг/см2 с одновременной проработкой возможности замены платины на другие более дешёвые материалы. Работа эта может проводиться на ООО «ЗЭП» с привлечением Института катализа СО РАН (г. Новосибирск), Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, Института физики металлов УрО РАН, Института электрофизики УрО РАН, Уральского Федерального Университета.

2. Разработка электропроводного коррозионно-стойкого в щёлочи и кислой среде носителя катализатора с поверхностью (100 - 200) м2/г, с использованием порошков с наноразмерными частицами. Эта работа может быть выполнена с привлечением институтов УрО РАН и Университетов Екатеринбурга.

3. Разработка технологии изготовления методом непрерывной прокатки мембраны электролитоносителя для ЩТЭ, с использованием наноразмерных порошков оксида магния или циркония. Разработка и производство этих мембран могут быть организованы на ООО «ЗЭП» или на предприятиях, выпускающих асбестовое полотно.

4. Разработка технологии изготовления методом непрерывной прокатки из никелевых порошков с наноразмерными кристаллитами пористых электродных подложек и замена ими никелевой сетки. Эта работа может быть проведена на ООО «ЗЭП», который имеет промышленное производство по прокатке пористых никелевых сред.

5. Разработка пластмассовых деталей с наполнителем из наноматериалов с требуемыми механическими и химическими свойствами взамен металлических. К этим работам необходимо привлечь разработчиков пластических масс.

«ЗЭП» готов рассмотреть возможность размещения на своих площадях производства энергоустановок и на других ТЭ.

Литература

1. Баженов М.Д., Громов В.В., Матрёнин В.И., Кондратьев Д.Г., Стихин А.С., Поспелов Б.С., Щипанов И.В. Результаты разработки щелочного топливного элемента для энергоустановок большой мощности. Труды III международного симпозиума по водородной энергетике, Москва, 2009 г.

Размещено на Allbest.ru