Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка научно-технических решений по созданию обратимых топливных элементов с твердым полимерным и твердым оксидным электролитом, создание и испытание лабораторных образцов модулей обратимых топливных элементов мощностью 0,5 кВт

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6145
Продолжительность работ
2008 - 2009, 17 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Внебюджетные средства
6 млн

Целью проекта является разработка и исследование высокоэффективных низкотемпературных и высокотемпературных обратимых топливных элементов с твердым полимерным электролитом (ТПЭ) на основе бифункциональных наноструктурных электрокаталитических слоев и твердым оксидным электролитом на основе наноструктурированной керамики ZrO2. Разработка и изготовление лабораторных образцов обратимых модулей «электролизер - топливный элемент» мощностью 0,5 кВт на основе разработанных материалов и технологий и проведение их испытаний.
Применение разработанных обратимых топливных элементов должно позволить на 30% снизить стоимость и массогабаритные характеристики электрохимических блоков энергоустановки по сравнению с традиционным вариантом.

Соисполнители

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Григорьев Сергей Александрович

Предложения

Новые физические технологии синтеза наноструктурных катализаторов и электрокаталитических слоев на их основе для электрохимических систем с твердым полимерным электролитом.
Тема
Новые физические технологии синтеза наноструктурных катализаторов и электрокаталитических слоев на их основе для электрохимических систем с твердым полимерным электролитом.
Входящий номер
5968
Руководитель организации-инициатора
Ильгисонис Виктор Игоревич
Разработка ключевых технологий обратимых топливных элементов с твердым полимерным электролитом, создание и испытание демонстрационного образца модуля обратимого топливного элемента мощностью 1 кВт.
Тема
Разработка ключевых технологий обратимых топливных элементов с твердым полимерным электролитом, создание и испытание демонстрационного образца модуля обратимого топливного элемента мощностью 1 кВт.
Входящий номер
5967
Руководитель организации-инициатора
Ильгисонис Виктор Игоревич

Этапы проекта

1
12.05.2008 - 31.08.2008
1) Проведены аналитические исследования по технологиям обратимых топливных элементов, в частности, рассмотрены области применения и существующие разработки обратимых систем и их компонентов, возможные схемы и режимы их работы.
2) Выбраны и обоснованы конструктивные решения и основные материалы. В частности, обоснован выбор схемы работы низкотемпературного обратимого элемента и его основных компонентов (мембран, бифункциональных электрокатализаторов и газодиффузионных электродов). В качестве твердооксидного электролита выбран диоксида циркония, стабилизированный оксидами иттрия и скандия; в качестве электродного материала высокотемпературных элементов - La0,8Sr0,2CrO3, активированный платиной.
3) Разработаны технические задания на лабораторные образцы обратимых модулей. Проектная мощность низкотемпературного и высокотемпературного модуля в режиме электролизера составляет 1 кВт, в режиме топливного элемента – 0,5 кВт.
В основу низкотемпературного модуля положена фильтр-прессная конструкция. Расход металлов платиновой группы в электрокаталитическом слое не более 1 мг/см2. Рабочее давление кислорода (воздуха) – не более 0,4 МПа, водорода – не более 0,4 МПа. Рабочая температура – 30-90°С, рабочая плотность тока – до 1,0 А/см2.
Высокотемпературный модуль основан на трубчатой конструкции электродов. Рабочая температура – 925?25°С, давление - до 0,1 МПа.
4) Разработаны принципиальные схемы лабораторных стендов на основе обратимых модулей, включающие газо-электрическую и измерительную части. Согласно схемам, стенды состоят из обратимых низкотемпературных и высокотемпературных модулей, систем газообеспечения и водоснабжения и др.
5) Проведены патентные исследования по технологиям и конструктивным решениям обратимых топливных элементов. В соответствии с регламентом проведен поиск, систематизация и анализ технических решений, относящихся к разработке обратимых топливных элементов, выявлена статистика и динамика патентования, а также перспективные направления, представляющимися патентопригодными.
Развернуть
2
01.09.2008 - 31.12.2008
1) Проведены аналитические исследования по технологиям обратимых топливных элементов, в частности, рассмотрены области применения и существующие разработки обратимых систем и их компонентов, возможные схемы и режимы их работы.
2) Выбраны и обоснованы конструктивные решения и основные материалы.
3) Разработаны технические задания на лабораторные образцы обратимых модулей. Проектная мощность низкотемпературного и высокотемпературного модуля в режиме электролизера составляет 1 кВт, в режиме топливного элемента – 0,5 кВт.
4) Разработаны принципиальные схемы лабораторных стендов на основе обратимых модулей, включающие газо-электрическую и измерительную части.
5) Проведены патентные исследования по технологиям и конструктивным решениям обратимых топливных элементов. В соответствии с регламентом проведен поиск, систематизация и анализ технических решений, относящихся к разработке обратимых топливных элементов, выявлена статистика и динамика патентования, а также перспективные направления, представляющимися патентопригодными.
6) Разработана математическая модель и соответствующее программное обеспечение на языке Delphi (Pascal), описывающие явления, протекающие в твердом электролите и на поверхностях электродов в обратимых топливных элементах с ТОЭ. Разработана агломератная модель каталитических слоев обратимого элемента.
7) Проведены разработка и оптимизация бифункциональных электрокатализаторов и электрокаталитических слоев на их основе для низкотемпературных обратимых топливных элементов.
Среди различных анодных каталитических композиций на основе Pt и Ir черней наилучшие характеристики показал электрокаталитический слой, состоящий из 50% масс. Ir и 50% масс. Pt нанесенных послойно с расходом каждого компонента 0,5 мг/см2, при этом слой Ir располагался у поверхности ТПЭ-мембраны.
8) Проведены исследования газодиффузионных электродов. Эксперименты позволяют сделать вывод о том, что на катоде обратимого элемента с ТПЭ может быть применена углеродная бумага марки Sigracet10bb.
9) Разработаны и испытаны мембранно-электродные блоки. Показано, что разработанные мембранно-электродные блоки позволяют в лабораторных условиях реализовать характеристики обратимых элементов, близкие к характеристикам дискретных электрохимических систем – топливных элементов и электролизеров.
10) Исследованы электролитические элементы из наноструктурированной керамики ZrO2. Оптимизирован размер иона добавки в наноструктурированной керамики на основе ZrO2.
11) Разработана эскизная документация на лабораторные образцы модулей обратимых топливных элементов.
12) Разработана эскизная документация на лабораторные стенды для испытаний обратимых топливных элементов.
Развернуть
3
01.01.2009 - 30.06.2009
Изготовлены лабораторные образцы обратимых модулей. Изготовлены и отлажены лабораторные стенды для испытаний обратимых модулей, включающие газо-электрическую и измерительную часть.
Развернуть
4
01.07.2009 - 31.10.2009
Проведены испытания лабораторных образцов модулей обратимых топливных элементов. Проведены технико-экономические исследования возможности создания конкурентоспособной продукции и разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР. Выпущены технические требования на опытный образец обратимых топливных элементов мощностью до 10 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 научно-технических решений по созданию обратимых топливных элементов с твердым полимерным и твердым оксидным электролитом, создание и испытание лабораторных образцов модулей обратимых топливных элементов мощностью 0,5 кВт
Продолжительность работ
2008 - 2009, 17 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка основ технологии производства и использования водорода на основе высокотемпературных твердооксидных электрохимических обратимых систем.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
2
Тема
Электролизные системы получения водорода из воды с твердым полимерным электролитом
Продолжительность работ
2007 - 2009, 29 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
4
Тема
Проведение проблемно-ориентированных исследований и разработка научно-технических решений по созданию энергоустановки на базе твёрдооксидных топливных элементов
Продолжительность работ
2013, 2 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
12
Тема
Разработка экспериментального образца обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия мощностью 10-20 квт для тяжелых условий эксплуатации
Продолжительность работ
2014 - 2016, 26 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
10