Мембранное материаловедение проф д. Х н. Ямпольский Ю. П. д Х. н. Алентьев А. Ю. Инхс ран



Дата17.07.2017
өлшемі445 b.


Мембранное материаловедение проф. д.х.н. Ямпольский Ю.П. д.х.н. Алентьев А.Ю. ИНХС РАН




СХЕМА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА





Топливные элементы – междисциплинарная проблема



КПД различных машин



Причины высоких КПД в ТЭ



Различные типы топливных элементов



Щелочные топливные элементы



Водородные ТЭ с Н+ проводящей мембраной



Метанольные ТЭ с Н+ проводящей мембраной



ТЭ на фосфорной кислоте



ТЭ на расплавах карбонатов



ТЭ на твердых оксидах



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



Полибензимидазол – высокотемпературная мембрана



Полимерная цепь Nafion



Нано-структура Нафиона



Влияние влажности на проводимость Нафиона



Структура каталитического слоя



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

  • Каталитический риформинг

  • 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



Методы очистки водорода

  • 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.



Весовая и объемная удельная плотность энергии



ТЭ – будущие основные источники энергии





Достарыңызбен бөлісу:


©stom.tilimen.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет