Топливные элементы

~

Исследовано влияние частичного замещения ионов Ge^{4 +} на Zr^{4 +} в высокопроводящем литий-катионном твердом электролите Li_3.75Ge_0.75V_0.25O₄. Установлено, что введение ионов циркония приводит к заметному повышению проводимости электролита и снижению ее энергии активации. Предполагается, что этот эффект связан с влиянием размерного фактора: введение более крупных, чем Ge^{4 +}, ионов Zr^{4 +} приводит к увеличению среднего размера каналов миграции катионов лития в структуре электролита.

Приведены поляризационные характеристики пористых газодиффузионных катодов, приготовленных на основе перовскитоподобных оксидов LaLi_0.1M_0.1Fe_0.8O_3-d (M = Fe, Co, Ni) иоксида Li_0.1Ni0.9O, который обладает кристаллической структурой типа NaCl. Зависимости измерены влабораторной топливной ячейке в температурном интервале 820–1000 К.Показано, что при T < 970К электрохимическая активность катодов сдобавками кобальта иникеля выше, чем активность катода из Li_0.1Ni_0.9O.

Сопоставлены особенности процессов генерации тока в мембранно-электродном блоке (МЭБ) водородо-воздушного (кислородного) топливного элемента (ТЭ) с протонпроводящим (кислым) и анионпроводящим (щелочным) твёрдыми полимерными электролитами. Наряду с параметрами отдельных электродных реакций и характеристиками электролитов рассмотрены эффекты взаимовлияния компонентов МЭБ при работе ТЭ, а также дестабилизирующие факторы, обусловленные как непосредственно протеканием тока, так и присутствием примесей в топливе и окислителе.

Предложены новые механизмы реакции электровосстановления О₂ на перовскитоподобных оксидах LaLi_0.1M_0.1Fe_0.8O_3-d (M = Fe, Co, Ni) и оксиде Li_0.1Ni_0.9O. На их основе в температурном интервале 820–1000 К проведена сравнительная оценка каталитической активности оксидов в расплаве (Li_0.62K_0.38)₂CO₃.

Рассмотрено применение графена при формировании электродов биотопливных элементов. Графен обладает рядом важных характеристик, среди которых в первую очередь отмечают высокую механическую прочность, высокую электропроводность, высокую удельную поверхность, биосовместимость, структурную своеобразность молекулы, а также возможность производить химическую модификацию структуры. Рассмотрено получение, свойства графена и его оксидов, а также особенности использования графена как основы электродов в биотопливных элементах.

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.

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.

Методом вращающегося дискового электрода изучено электрохимическое поведение редокс медиатора метиленового синего в биоэлектрохимической системе «глюкоза – клетки – медиатор – электрод» и показано, что метиленовый синий является обратимым окислительно-восстановительным медиатором и может быть применён при реализации микробного медиаторного анода на основе глюкозы и клеток Escherichia coli и Enterobacter cloacae.