Мембранное материаловедение проф. д.х.н. Ямпольский Ю.П. д.х.н. Алентьев А.Ю. ИНХС РАН
СХЕМА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА
Топливные элементы – междисциплинарная проблема Электрохимия Мембранный транспорт Катализ Материаловедение
КПД различных машин
Причины высоких КПД в ТЭ
Различные типы топливных элементов
Водородные ТЭ с Н+ проводящей мембраной
Метанольные ТЭ с Н+ проводящей мембраной
ТЭ на фосфорной кислоте
ТЭ на расплавах карбонатов
Требования к мембранам Низкая стоимость (<10$/кВт) Высокая протонная проводимость Хорошие барьерные свойства (Н2,О2, МеОН) Термическая и химическая стабильность: >120-150oC, >10000 час Механическая стабильность Электроизолирующие свойства
Мембраны Nafion (a) и Dow (b)
Мембрана сулфонилимида (более проводящая чем Nafion)
Мембрана Asahi Chemical
Другие сульфированные мембранные материалы
Материалы с остатками фосфорной кислоты
Полимерная цепь Nafion
Нано-структура Нафиона
Влияние влажности на проводимость Нафиона
Структура каталитического слоя
Водные проблемы (water management) Состояние воды в мембране: сольватация –SO3H групп сольватация Н+ «объемная» воды Дегидратация: “асимметрия” образования воды; температурный режим (<100oC); возможное влияние на мех. стабильность Увлажнение: роль кроссовера; “заливание” пор в электроде.
Стратегия получения Н2
Методы получения водорода (ископаемые топлива) Паровая конверсия природного газа: CH4 + H2O CO + 3H2 CO + H2O = CO2 + H2 C6H14 C6H6 + 4H2 Пиролиз CnHm C2H4 + H2
Альтернативные методы получения водорода Электролиз Фотолиз воды Высокотемпературные ядерные (Не) реактора
Термохимический цикл в Не ядерном реакторе Источник энергии – Не (1000оС) 2H2О + SO2 + J2 H2SO4 + 2HJ (при 900о) 2HJ J2 + H2 (при 450оС) H2SO4 + SO2 + H2O + 1/2O2 (при 850oC)
Фотохимическая генерация Н2
Мембраны: Pd полимерные мембраны Химические: дожигание: СО + 1/2O2 CO2 реакция водяного пара: CO + H2O = CO2 + H2 метанирование: СO + 3H2 CH4 + H2O Адсорбционные
Хранение водорода Газовые баллоны (0,5 кг Н2) Жидкий водород (-253оС, теплопотери) Гидрирды металлов, нано-трубки и т.п. Химические источники Н2: СН3ОН, СН4, НС, биомасса.
ТЭ – будущие основные источники энергии
Достарыңызбен бөлісу: |