Водородная энергетика

Проведено компьютерное моделирование поля механических напряжений, возникающего при изготовлении и нагревании до рабочей температуры ячеек твёрдооксидных топливных элементов (ТОТЭ) трубчатой конструкции с классическими функциональными материалами (Ni-YSZ)/YSZ/LSM. Рассмотрены ячейки с несущим твёрдым электролитом и с несущим анодом, а также смоделированы остаточные напряжения, возникающие при производстве модуля конус–конус с прямым контактом анод–катод.

Проведено сравнение влияния влажности апротонного электролита на зарядно-разрядное поведение электродов из графита, тонкоплёночного аморфного кремния и тонкоплёночных композитов «кремний–углерод». Установлено, что с увеличением влажности от 50 до 400 ppm скорость деградации графитового электрода при циклировании увеличивается на порядок.

Показано, что добавка в электролит SO₂ позволяет реализовать обратимую интеркаляцию ионов лития в графит спектральночистый. На данном материале образуется монослой продуктов восстановления SO₂, который обладает свойствами межфазного твердого электролита. На образование защитного слоя требуется 165±15 мА·ч/г.

Впервые проведены исследования электрохимического синтеза бисульфата графита (БГЛ) на основе искусственного графита из гидролизного лигнина и последующего получения терморасширенного графита (ТРГЛ) высокого качества. Показано, что при синтезе БГЛ может быть достигнута любая ступень окисления, а также получен переокисленный графит. Параметры процессов синтеза БГЛ и параметры ТРГЛ близки к соответствующим параметрам бисульфата графита и ТРГ из природных графитов. Приведены результаты микроструктурного и элементного анализа ТРГЛ, а также гранулометрический состав.

Методом циклической вольтамперометрии в щелочном растворе исследованы электрохимические и электрокаталитические свойства металлокомплексов на основе парафенилендиамина. Установлены редокс-потенциалы, связанные с превращением иона металла и органического лиганда. Дана оценка каталитической активности соединений в реакции электровосстановления молекулярного кислорода.

Деполяризация анода сернистым ангидридом позволяет снизить энергозатраты на производство водорода в 1.5 раза. Однако одной из причин, препятствующих промышленному внедрению этого процесса, является невозможность реализации промышленных плотностей тока электролиза из-за диффузионных ограничений по подаче SO₂ анодному каталитическому слою. Рассмотрено влияние давления на процесс электролиза воды с деполяризацией анода сернистым ангидридом в электролизёрах с твёрдым полимерным электролитом.

Изучены состав и структура каталитического слоя топливного элемента с твердополимерным электролитом. Рассмотрено моделирование слоя, позволяющее рассчитать слои, содержащие частицы полимера и катализатора различных форм и размеров. Показана зависимость проводимости и активной площади поверхности каталитического слоя от концентрации частиц полимера. Наилучшие рабочие характеристики топливного элемента наблюдаются при содержании полимера в слое 30–35% об.

В работе на основе проведённых исследований по оптимизации конструкционных параметров герметизированных свинцовых аккумуляторов дана методика их расчета для аварийно-резервного применения.

Исследовалось поведение литированного фосфата железа марки РН/Р1 (Phostech Lithium Inc, Канада) при работе в качестве положительного электрода литий-ионного аккумулятора с электролитом на основе LiPF₆. Удельная ёмкость исследуемого материала при температуре 20°С составила: 130 мА·ч/г при скорости разряда 0.15С, 105 мА·ч/г при 1С и 95 мА·ч/г при 2.1C.

Модифицированным полиольным методом синтезирован катализатор электроокисления этанола PtSn (3 : 1, 40% Pt) на пиролитических двуслойных углеродных нанотрубках. Активность синтезированного катализатора в модельных условиях (0.5М H₂SO₄ + 1М С₂Н₅ОН) выше аналогичного катализатора, синтезированного на саже ХС 72, и составляет 70 мА/мг_кат при E = 0.4 В.