Исследование высокотемпературного топливного элемента с твердополимерным электролитом и определение эффективности работы энергоустановки на его основе

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

В данной работе разработан и исследован высокотемпературный топливный элемент с твёрдополимерным электролитом с применением в качестве протонообменной мембраны плёнки полибензимидазола (ПБИ), допированной фосфорной кислотой. Изучено влияние температуры (в диапазоне от 130 до 170°C), давления (в диапазоне от 1 до 3 атм) и расхода воздуха на рабочие характеристики топливного элемента. Максимальная плотность мощности составила 200 мВт/см². Показано существование оптимального расхода воздуха (выраженного в превышении расхода кислорода по отношению к стехиометрии реакции), при котором напряжение топливного элемента достигает 400 мВ при плотности тока 0.4 A/см². Представлены результаты расчёта КПД электрохимической энергоустановки с топливным элементом на основе ПБИ-мембраны, использующего в качестве топлива продукты конверсии природного газа.

Авторы:

Григорьев Сергей Александрович, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», 123182, г. Москва, пл. ак. Курчатова, 1, S.Grigoriev@hepti.kiae.ru

Коровин Николай Васильевич, Национальный исследовательский университет «МЭИ», 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, NVKorovin@mail.ru

Кулешов Николай Васильевич, Национальный исследовательский университет «МЭИ», 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, KuleshovNV@mail.ru

Славнов Юрий Алексеевич, Национальный исследовательский университет «МЭИ», 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, YASlavnov@rambler.ru

Ключевые слова:

высокотемпературный топливный элемент, твердый полимерный электролит, полибензимидазол, энергетическая эффективность

Литература

1. Коровин Н. В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки. М.: Изд-во Моск. энерг. ин-та, 2005. 280 с.
2. Кулешов Н. В., Калинников А. А., Белоглазов В. Ю., Баранов И. Е. // Электрохим. энергетика. 2011. Т. 11, № 2. С. 83–87.
3. Grigoriev S., Madier L., Martemianov S., Drozdova N. // Summaries of the 17th Intern. Congress of Chemical and Process Engineering CHISA 2006. Prague, 2006. Vol. 1. P. 244–245.
4. Кулешов В. Н., Григорьев С. А. // Электрохим. энергетика. 2008. Т. 8, № 1. C. 33–39.
5. Bellows R. J., Marucchi-Soos E. P., Buckley D. T. // Ind. Eng. Chem. Res. 1996. Vol. 35, iss. 4. Р. 1235–1242.
6. Costamagna P., Srinivasan S. J. // J. Power Sources. 2001. Vol. 102, iss. 1–2. P. 253–269.
7. Astanovsky D. L., Astanovsky L. Z., Raikov B. S., Korchaka N. I. // Intern. J. Hydrogen Energy. 1994. Vol. 19, iss. 8. P. 677–681.
8. Worner A., Friedrich C., Tamme R. // Appl. Catal. A: General. 2003. Vol. 245, № 1. Р. 1–14.
9. Decaux C., Ngameni R., Solas D., Grigoriev S., Millet P. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35, iss. 10. Р. 4883–4892.
10. Lee S. H., Han J., Lee K.-Y. // J. Power Sources. 2002. Vol. 109, iss. 2. P. 394–402.
11. Costamagna P., Srinivasan S. // J. Power Sources. 2001. Vol. 102, iss. 1–2. P. 242–252.
12. Carmo M., Paganin V. A., Rosolen J. M., Gonzalez E. R. // J. Power Sources. 2005. Vol. 142, iss. 1–2. P. 169–176.
13. Ralph T. R, Hogarth M. P. // Platinum Metals Rev. 2002. Vol. 46, iss. 3, P. 117–135.
14. Korovin N. V., Slavnov Ju. A. // Hydrogen Power Theoretical and Engineering Solutions / eds. M. Marini, G. Spassafumo. Padova: Servizi Grafici Editoriali snc, 2003. P. 793–797.
15. Коровин Н. В., Славнов Ю. А. // Электрохим. энергетика. 2005. Т. 5, № 4. С. 235–240.
16. Mader J., Xiao L., Schmidt T., Brian C. // Adv. Polym. Sci. 2008. № 216. P. 63–124.
17. Grigoriev S. A., Kalinnikov A. A., Kuleshov N. V., Millet P. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38, iss. 20. P. 8557–8567.
18. Li Q., Hjuler H. A., Bjerrum N. J. // J. Appl. Electrochem. 2001. Vol. 31, № 7. P. 773–779.
19. Korsgaard A. R., Refshauge R., Nielsen M. P., Bang M., Kaer S. K. // J. Power Sources. 2006. Vol. 162, iss. 1. P. 239–245.
20. Kwon K., Yoo D. Y., Park J. O. // J. Power Sources. 2008. Vol. 185, iss. 1. P. 202–206.
21. Осетрова Н. В., Скундин А. М. // Электрохим. энергетика. 2007. Т. 7, № 1. С. 3–16.
22. Song C. // Catalysis Today. 2002. Vol. 77, iss. 1–2. P. 17–49.
23. Smitha B., Sridhar S., Khan A. A. // J. Membrane Science. 2005. Vol. 259. P. 10–26.
24. Savadogo O. // J. Power Sources. 2004. Vol. 127. Р. 135–161.
25. Тарасевич М. Р., Модестов А. Д., Емец В. В. // Альтернативная энергетика и экология. 2007. № 2. С. 72–74.
26. Wang J. J., Savinell R. F., Wainright J., Litt M., Yu H. // Electrochim. Acta. 1996. Vol. 41. P. 193–197.
27. Тарасевич М. Р., Каричев З. Р., Богдановская В. А., Кузнецова Л. Н., Ефремов Б. Н., Капустин А. В. // Электрохимия. 2004. Т. 40, № 6. С. 745–749.
28. Fedotov A. A., Grigoriev S. A., Lyutikova E. K., Millet P., Fateev V. N. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. P. 426–430.
29. Shringmann S., Friedrich G., Himmen M. // Appl. Catal. 2002. Vol. 235, iss. 1–2. P. 101–111.
30. De Bruijn F. A., Papageorgopoulos D. C., Sitters E. F., Janssen G. J. M. // J. Power Sources. 2002. Vol. 110, iss. 1. P. 117–124.
31. A High Efficiency PSOFC/ATS-Gas Turbine Power System. Final report. Siemens Westinghouse Power Corporation. Pittsburgh, PA, USA, 2001.

Журнал:

2013. Т. 13, № 3,

Рубрика:

Топливные элементы

DOI:

https://doi.org/10.18500/1608-4039-2013-13-3-163-169

Текст в формате PDF:

скачать

(downloads: 68)