топливный элемент

DOI: 10.18500/1608-4039-2015-15-4-175-179

Отмечены причины, которые приводят к снижению характеристик щелочных матричных электрохимических генераторов (ЭХГ) электрического тока на водородно-кислородных топливных элементах и тем самым ограничивают срок службы батареи топливных элементов. Показано, что хранение ЭХГ, законсервированных специальной газовой смесью, в течение почти 20 лет не приводит к заметному изменению их характеристик.

В работе рассмотрена металлизация электролитной матрицы щелочного матричного топливного элемента, обусловленная растворением платинового катализатора на кислородном электроде этого элемента. Показано, что уровень металлизации зависит от условий функционирования топливного элемента и структурных особенностей его составляющих.

В работе рассмотрено влияние газовых примесей в топливе и окислителе на работу щелочного водородно-кислородного топливного элемента (ТЭ).
Показано, что примесь метана по-разному ведёт себя на аноде и катоде, а все остальные газы (кроме инертных), в том числе и СО, являющийся ядом для ТЭ с кислым электролитом, оказывают влияние на работу щелочного ТЭ через реакцию с КОН. Замена электролита на свежий восстанавливает характеристики ТЭ.

С использованием комплексной модели, включающей как решение перколяционной задачи, так и расчёты электрохимической кинетики, рассматриваются особенности работы каталитических слоёв твёрдополимерного топливного элемента с катализатором на основе наноразмерных углеродных материалов, включая графеновые нановолокна. Данные расчётов согласуются с представленными экспериментальными данными по оптимизации состава каталитических слоёв. Показано, что добавка 20 мас. % нановолокон графена способна снизить омические потери по ионному току и повысить производительность топливного элемента на 20%.

Изучены состав и структура каталитического слоя топливного элемента с твердополимерным электролитом. Рассмотрено моделирование слоя, позволяющее рассчитать слои, содержащие частицы полимера и катализатора различных форм и размеров. Показана зависимость проводимости и активной площади поверхности каталитического слоя от концентрации частиц полимера. Наилучшие рабочие характеристики топливного элемента наблюдаются при содержании полимера в слое 30–35% об.

Концентрированные водно-щелочные смеси борогидридов и боратов натрия и калия используются в качестве топлива и источника водорода в водородной энергетике, в том числе в низкотемпературных топливных элементах. Рабочие характеристики таких смесей определяются их физико-химическими свойствами. Предложен алгоритм расчёта плотности, вязкости и удельной электропроводности смешанных растворов пятикомпонентной взаимной водно-солевой системы K,Na||OH,BH₄,BO₂–H₂O, основанный на квазиаддитивности этих свойств.

Изучены состав и структура каталитического слоя топливного элемента (ТЭ) с твёрдополимерным электролитом (ТПЭ). Максимальная производительность ТЭ наблюдалась при содержании полимера в слое 25–30 об.% при работе на воздухе и 30–35 об.% при работе на кислороде. При варьировании количества наносимой каталитической композиции максимальные плотности тока были получены при наносе слоя 1.75 мг/см², снижение этого значения в 2 раза приводит к падению плотности тока всего на 10%.

В настоящей работе представлена модель, связывающая объёмно-массовые и химические изменения гетерогенного борогидридного топлива, происходящие при разряде борогидридного топливного элемента. Показано хорошее соответствие экспериментальных данных, полученных при разряде топливной композиции на основе водно-щелочного раствора борогидрида калия КВН4 при температуре 25°С. рассчитанным теоретически в предположении полного восьмиэлектронного окисления борогидрид-иона.

Исследована электрохимическая активность анодов на основе никелевой сетки для электролиза воды. Активация анодов проводилась тремя способами: 1) химическим покрытием серосодержащими соединениями никеля и железа; 2) погружением в раствор Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ (до рН=3); 3) погружением в раствор Na₂S + H₂SO₄ (до рН=3). В качестве электролита при испытании электродов использовали водный раствор 6М КОН. Плотность тока варьировали в диапазоне от 1 до 600 мА/см² при температуре 20, 50 и 70°С.

В работе методом электроспиннинга получены нановолоконные маты полиакрилонитрила (ПАН). Методами элементного анализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии изучено влияние температуры карбонизации ПАН на объёмный и поверхностный состав пирополимеров.