Создание мембранно-электродных блоков для топливных элементов с рабочей температурой 140–200 оС | 2017 ИФХЭ РАН

Создание мембранно-электродных блоков для топливных элементов с рабочей температурой 140–200 оС

М.Р. Тарасевич, А.Д. Модестов, Н.М. Загудаева, В.Я. Филимонов

Лаборатория электрокатализа и топливных элементов
Лаборатория физико
-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии

Получаемый риформингом синтез-газ содержит значительные количества оксида углерода, который является сильным каталитическим ядом для платинового катализатора. При рабочих температурах топливного элемента  до 70 оС допустимый уровень содержания СО в водороде составляет только 20 ppm. Увеличение допустимого содержания примеси СО в водороде при его использовании в качестве топлива в топливном элементе до нескольких процентов может быть достигнуто повышением рабочей температуры до 200 оС при замене мембраны из перфторированного полимерного электролита на полибензимидазол (ПБИ), допированный фосфорной кислотой. Другим важным достоинством топливного элемента с ПБИ-мембраной в сравнении с топливным элементом с полимерным электролитом типа Nafion является отсутствие необходимости в увлажнении газов.

Повышение вольтамперных и ресурсных характеристик топливного элемента с ПБИ-H3PO4 электролитом достигается использова-нием высокоактивных катализаторов восстанов-ления кислорода и окисления водорода, выбо-ром связующего для катализаторов, подбором уровня допирования, толщины и материала мем-браны, выбором материала газодиффузионных слоев. Разрабатываются многокомпонентные катализаторы восстановления кислорода на основе платины типа PtМ/C (М = Co, Cr, Mn) и  катализаторы окисления водорода, толерантные к примеси оксида углерода в топливе.  Созданы мембранно-электролитные блоки с ПБИ-H3PO4 электролитом, которые прошли испытания под нагрузкой длительностью 760 ч при температуре 160 оС. Эти блоки предназначены для работы при атмосферном давлении топлива и окислителя при температурах 160–180 оС с использованием  водорода с примесью СО до 5 % (180 оС), а в качестве окислителя – воздуха.

Основные характеристики этих МЭБ находятся на уровне лучших мировых достижений (BASF, ранее PEMEAS).

Разработанные нами мембранно-электролитные блоки топливного элемента с ПБИ-H3PO4 электролитом могут быть использованы для электрогенерации в маломощных (2–20 кВт) энергетических установках, работающих на получаемым риформингом синтез-газе. Такие топливные элементы могут заменить дизель-электрические генераторы. Топливные элементы можно использовать, в частности, на нефтяных месторождениях для электрогенерации с применением синтез-газа, получаемого из попутного газа. Преимуществами  топливных элементов перед дизель-электрической установкой является удвоенный к.п.д. и бесшумность.  Для реализации необходимо создание полноценной батареи и кооперация с разработчиками портативных установок риформинга.

Уровень исследований соответствует современным достижениям в этой области.

По результатам научно-исследовательской работы в соавторстве с НИК НЭП получен  патент РФ  №  2 331 145 С1 (2008 г.).


Версия для печати Версия для печати
 
 
shadow shadow
Яндекс.Метрика