Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологий источников энергии мощностью до 1 кВт, включающих топливные элементы и генераторы водорода на основе реакций окисления в присутствии воды

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6115
Организация
ОИВТ РАН
Руководитель работ
Жук Андрей Зиновьевич
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Создание научно-технического задела по технологиям экологически чистых автономных и резервных энергоисточников на основе топливных элементов и генераторов водорода, использующих необратимые реакции водородогенерирующих и регенерируемых материалов, создание опытных образцов генераторов водорода и демонстрационного образца резервного энергоисточника мощностью 1 кВт(э) и его испытания.

Соисполнители

Этапы проекта

1
08.08.2007 - 31.10.2007
- Проведены патентные исследования и анализ научно-технической литературы для оценки уровня исследований и разработок в области генерирования водорода на основе реакций окисления в присутствии воды.
- Сформулированы возможные направления исследований с целью повышения эффективности генерирования водорода.
- Проведен предварительный выбор оптимальных типоразмеров, компоновочных и схемных решений при создании генераторов водорода, топливных элементов и источника тока в целом.
- Изготовлены отдельные компоненты экспериментальных образцов генератора водорода.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
а) На основе проведенного анализа научно-технической литературы для оценки уровня исследований и разработок в области генерирования во-дорода на основе реакций окисления легких металлов (магния и алюминия) водой, а также анализа возможности и эффективности имеющегося научно-технического задела по разработкам технологий для получения водорода сформулированы направления исследований с целью повышения эффектив-ности генерирования водорода.
Во-первых, исследование обнаруженных «активных» центров оксид-ной пленки, пассивирующей поверхность алюминия, для быстрого разруше-ния ее сплошности с целью обеспечения запуска реакции окисления. Во-вторых, обеспечение недопущения восстановления сплошности оксидной пленки за счет образующихся твердых продуктов окисления алюминия путем использования активаторов-разрыхлителей.
б) Проведено предварительное обоснование оптимальных типоразме-ров, компоновочных и схемных решений при создании модулей топливных элементов и энергетической установки в виде блока модулей свободноды-шащих водородно-воздушных топливных элементов. По оценочным данным, оптимальные размеры 100 Вт модуля из 12-ти 2-х элементных батарей с ак-тивной площадью элементов 2×43 см2 будут составлять 11,5см×11см×15см. Номинальная мощность блока из 9 модулей топливных элементов будет со-ставлять 900 – 1000 Вт.
в) В результате проведенной сравнительной оценки и обоснования вы-бора альтернативных видов генераторов водорода с разными энергоносите-лями был выбран генератор водорода на основе реакции окисления магния. Разработана соответствующая эскизная техническая документация и изго-товлены компоненты экспериментальных образцов генератора водорода.
г) Выработаны основные концепции создаваемого генератора водоро-да на основе гидрореагирующего сплава магния, позволяющие осуществить автоматическую регулировку количества производимого газа, потребляемого топливным элементом, обеспечивая при этом постоянное давление водорода на выходе генератора. Рассматриваются два принципа работы генератора на основе гидрореагирующего сплава магния: генератор с использованием принципа непрерывно-периодического дозирования, и генератор, сконструированный по принципу гидропневматического процесса изменения площади контакта рабочего раствора и гидрореагирующего вещества.
д) Разработаны методики проведения исследований в области генери-рования водорода на основе реакций окисления легких металлов в присутст-вии воды. Методики предназначены для проведения лабораторных исследо-ваний процессов, сопровождающих получение водорода из воды при помощи легких металлов в модельных условиях, в генераторах водорода, а также для изучения совместной работы генератора водорода и топливных элементов.
е) Синтезированы гидрореагирующие сплавы. Полученный сплав маг-ния обладает высокой реакционной способностью в соленой воде, позво-ляющей использовать данный сплав в генераторах водорода.
В связи с тем, что многие из разрабатываемых способов и методов по-лучения водорода, а также источников энергии на их основе являются патен-тоспособными, имеется ограниченное число публикаций и патентов, рас-сматривающие взаимодействие легких металлов (алюминия, магния) с водой или водными щелочными растворами как способ получения водорода. В сравнении с имеющейся в открытой печати информацией, мы опережаем ми-ровой уровень развития в области генерирования водорода для портативных источников энергии.
Развернуть
3
01.01.2008 - 05.05.2008
- проведены экспериментальные исследования физико-химических закономерностей процесса получения водорода;
- осуществлена эскизная проработка и изготовлены экспериментальные образцы двух генераторов водорода и топливного элемента;
- разработаны программы и методики испытаний экспериментальных образцов и подготовлены испытательные стенды;
- проведены испытания экспериментальных образцов;
- проведена доработка генераторов водорода и других компонентов источника тока по результатам испытаний;
- разработана эскизная техническая документация на демонстрационные образцы генераторов водорода.
Развернуть
4
06.05.2008 - 31.10.2008
Изготовлен и испытан демонстрационный образец генератора водорода производительностью 700 л/ч на основе гидрореагирующего сплава магния.
- Смонтирован и испытан демонстрационный образец автономной энергоустановки номинальной мощностью 1 кВт, включающий генератор водорода и батарею водородно-воздушных топливных элементов.
- На основе проведенных экспериментальных исследований и сравнительного анализа установлено, что помимо сплавов магния оптимальным металлическим сырьем для эффективного получения водорода может служить алюминий.
- На основе оценки эффективности полученных результатов в
сравнении с аналогичными разработками показано, что при существующих
ценах на исходные материалы, комплектующие и конечные продукты,
разрабатываемые экологически чистые системы на основе генераторов
водорода способны конкурировать с современными бензиновыми
электрогенераторами. Генерация водорода на месте потребления «по
требованию» с помощью металло-водных генераторов водорода даже без
учета возврата твердых продуктов по техническим и экономическим
показателям в 3 и более раз превосходит баллонное и интерметаллидное
хранение водорода для альтернативных энергоустановок при сегодняшнем
уровне цен на чистый водород.
- Обобщены результаты предыдущих этапов работ. Выработаны реко
мендации по развитию результатов разработки по созданию прототипа энер
гоустановок на основе генераторов водорода, использующих технологии по
лучения активированного магния и алюминия. Успешное выполнение НИР
дает основание рекомендовать перевод данных работ на стадию ОКР для
разработки опытных образцов энергоустановок в диапазоне мощностей 0,05-5 кВт.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Разработка технологий автономных и резервных источников энергии на основе необратимых и регенерируемых генераторов водорода и топливных элементов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 15 мес.
Бюджетные средства
24 млн
Количество заявок
5
Тема
Разработка и создание опытно-промышленного производства энергетических установок на топливных элементах (твердополимерных и твёрдооксидных) для автономной резервной и аварийной энергетики
Продолжительность работ
2007 - 2009, 26 мес.
Бюджетные средства
240 млн
Количество заявок
2
Тема
Исследования процессов и разработка научно-технических основ технологий создания когенерационных водородных систем аккумулирования энергии для энергоустановок киловаттного класса мощности на базе возобновляемых энергоисточников
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
10
Тема
Разработка научно-технических решений по созданию генераторов водорода на основе конверсии газообразных углеводородов и воды в жидкометаллических теплоносителях.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание модульной энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии мощностью до 10 кВт(э) с системой водородного аккумулирования энергии.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
270 млн
Количество заявок
3