Топливные элементы

Предложен расчетный метод определения компенсационного объема погружного свинцового аккумулятора, а также экспериментальный метод с использованием барокамеры. Показано хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных на примере аккумулятора ТГС-200.

Исследовано влияние добавок фуллерена C₆₀ на электрохимическое поведение Li_xС₆-электродов в растворе LiClO₄ 1 моль/л в смеси пропиленкарбонатаидиметоксиэтана(1:1). Показано, что введение фуллерена в состав Li_xC₆ электрода способствует уменьшению диффузионных ограничений в твердой фазе. Разрядная емкость Q_p возрастает в 4–5 раз по сравнению с исходным Li_xC₆-электродом.

Исследована стабильность структурных и электрических характеристик твердых электролитов системы ZrO₂ - Sc₂O₃ (8–11 мод.%), изготовленных с использованием механического смешивания и измельчения оксидных масс и 3-кратного обжига при температурах: 1300 (воздух), 1920 (вакуум), 1300°С (воздух).

Методом циклических ресурсных испытаний с выдержкой при температуре 900°С исследована стабильность структурных и электрических характеристик твердых электролитов системы ZrO₂ - Sc₂O₂ - оксид РЗЭ, изготовленных с использованием механического смешивания и измельчения и 3-крагшого обжига при температурах: 1300 (воздух), 1920 (вакуум), 1300°С (воздух).

Показаны возможности количественного моделирования и прогнозирования химического состава и толщины поверхностных пленок на твердом литии при его контакте с газовой фазой в равновесных условиях. Рассчитаны составы и толщина пленок, образующихся при взаимодействии лития с Н₂ N₂, O₂, F₂, Cl₂, Н₂0, СН₂, NH₂, С₂Н₂, H₂S, СO₂, СО, NO₂, SO₂, CN, сухим и влажным воздухом.

Рассмотрено современное состояние развития протонпроводящих твердых электролитов (ионообменных мембран), применяемых в топливных элементах. Приведены свойства мембран Nation, Aciplex, Flemion, Dow и BAM3G. Обсуждаются направления снижения стоимости мембран: модификация перфорированных мембран, создание перфторированных гетерогенных и неперфторированных мембран.

В диапазоне 300–850 К изучены температурные зависимости проводимости, энтальпии и времени спин-решеточной релаксации для Li₅TiN₃ и Li₅SiN₃. Проведены оценочные расчеты энергии миграции и энергии образования дефектов в литиевой подрешетке. Также измерена электропроводность для оксонитридов Li₉TiN₃O₂, Li₉SiN₃O₂ и рассчитана энергия активации проводимости.

Проведен анализ возможностей известных принципов утилизации газов в герметичных аккумуляторах (никель-кадмиевых и свинцово-кислотных) в сравнении с методом, основанном на поглощении газов рабочими электродами (положительными и отрицательными) в условиях принудительной подачи газов. Особое внимание при этом уделено регулированию газожидкостных потоков в герметичных аккумуляторах через соответствие пористых структур матриц-сепараторов и активных масс рабочих электродов.

Представлен обзор современной литературы по электрохимическим конденсаторам, которые подразделяются на пленочные (диэлектрические), электролитические и суперконденсаторы (СК). Последние в свою очередь подразделяются на двойнослойные конденсаторы (ДСК), псевдоконденсаторы (ПсК) и гибридные конденсаторы (ГК). В ДСК используется перезаряд двойного электрического слоя (ДЭС) на высокоразвитой межфазной поверхности электродов. В ПсК электрический заряд реализуется за счет фарадеевской псевдоемкости достаточно обратимых редокс-реакций и емкости ДЭС.

Рассмотрено современное состояние топливных элементов (ТЭ) и электрохимических энергоустановок (ЭЭУ) в России и в мире, специфика и достоинства ЭЭУ, основные области их применения. Обсуждены проблемы ТЭ и ЭЭУ и пути их решения. Показано, что за последние годы значительно улучшились характеристики ТЭ и ЭЭУ, а широкое использование ЭЭУ приведет к решению многих экологических и сырьевых проблем в энергетике и на транспорте.