Мембранно-электродные блоки для щелочных этанольно-воздушных топливных элементов | 2017 ИФХЭ РАН

Мембранно-электродные блоки для щелочных этанольно-воздушных топливных элементов

М.Р. Тарасевич, А.Д. Модестов, Н.М. Загудаева, В.А. Богдановская,Н.А. Капустина, П.В. Мазин, В.Я. Филимонов, В.Н.Титова,А.А. Явич, В.Н. Андреев, Н.Н. Белова

Лаборатория электрокатализа и топливных элементов
Лаборатория новых физико-химических проблем
Лаборатория  межфазных границ и электрокатализа
Лаборатория физико
-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии

Одним из перспективных типов портативных источников тока мощностью 5–100 Вт является этанольно-воздушный топливный элемент (ТЭ). Разработана конструкция мембранно-электродного блока (МЭБ) этанольного свободно дышащего топливного элемента с электродами, не содержащими платиновых электрокатализаторов. Топливом разрабатываемого ТЭ является щелочной (КОН) раствор этанола, а окислителем – воздух. Проводятся исследования в направлении совершенствования основных элементов ТЭ (катод, анод, мембрана, состав электролита). Для окисления этанола разработан новый электрокатализатор на основе сплава RuV, синтезированного на углеродном носителе. Окисление этанола до СО2 – сложный, 12-электронный процесс. Использование RuV/С электрокатализатора позволяет повысить среднюю глубину окисления молекулы этанола от 2–4 электронов (на платиновом катализаторе) до ~8. Для восстановления кислорода использовали оптимизированный электрокатализатор, получаемый пиролизом порфирина кобальта на углеродном носителе. Разделение анодного пространства, заполненного жидким электролитом, и катодного пространства с газодиффузионным электродом осуществляется с помощью диафрагмы или полимерной мембраны, обладающей ионной проводимостью. В качестве материала диафрагмы используется допированный щелочью (КОН) полибензимидазол и пористые полипропиленовые пленки.

Разработанные МЭБ щелочного этанольно-воздушного ТЭ характеризуются следующими величинами: при 80 оС при прокачке электролита при напряжении 0.5 В получена удельная мощность 105 мВт/см2 (0.21 А/см2);  при 40 оС без прокачки электролита через анодное пространство при напряжении 0.5 В получена удельная мощность 20 мВт/см2 (0.04 А/см2). В испытаниях длительностью 150 ч, при 65 оС, при постоянном напряжении на МЭБ 0.55 В плотность тока  снизилась с 80 (44 мВт/см2) до 60 мА/см2 (33 мВт/см2).

Приведенные выше удельные характеристики МЭБ этанольно-воздушного топливного элемента превышают известные нам опубликованные характеристики аналогов.

Источник тока на основе щелочного этанольно-воздушного топливного элемента разрабатывается как зарядное устройство для аккумуляторных источников тока, устанавливаемых в современные электронные устройства типа ноутбук, видео камеры, карманных персональных компьютеров и др. Этот топливный элемент предназначается для увеличения срока работы устройств в отсутствии возможности заменить основной источник тока или подзарядить его от электросети. Для практической реализации необходимо провести глубокую оптимизацию конструкции топливного элемента, включающую разработку безопасного метода приготовления электролита и заполнения МЭБ непосредственно перед применением источника тока, а также разработать электронный блок стабилизации выходного напряжения.

Уровень исследований соответствует современным достижениям в этой области.

По результатам  работы получен патент US 7,452,626, В2 (2008 г.).

Соисполнитель: Российский  химико-технологический  университет им. Д.И. Менделеева.


Версия для печати Версия для печати
 
 
shadow shadow
Яндекс.Метрика