View
305
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
Электрохимическая энергетика
Лекция 6. Твердополимерные топливные элементы
Диаграмма топливных элементов
Козадеров О.А. 20152
Энергия и применение
Козадеров О.А. 20153
http://www.intechopen.com/books/hydrogen-energy-challenges-and-perspectives/electrode-electrolyte-interphase-characterization-in-solid-oxide-fuel-cells
Козадеров О.А. 20154
Козадеров О.А. 20155
Козадеров О.А. 20156
Твердополимерныетопливные элементы
1. Водородно-кислородный ТЭ
Козадеров О.А. 20157
Н2,О2 - твердополимерный ТЭпринципиальное устройство
Козадеров О.А. 20158
Токообразующая реакция: 2H2 + O2 → 2H2O
Мембранно-электродный блок (МЭБ)
Козадеров О.А. 20159
Рабочая температура – 80-100 оС
Твердополимерный электролит
Козадеров О.А. 201510
Мембранно-электродный блок (МЭБ)
Козадеров О.А. 201511
Электрокатализанодная реакция
Козадеров О.А. 201512
H2 → 2H+ + 2e–
Электрокатализкатодная реакция
Козадеров О.А. 201513
½O2 + 2H+ + 2e– → H2O
Электрокатализаторы
Pt
Pt, легированнная переходными металлами Fe, Co, Ni, Cr, Co
сплавы платины Pt-Ru, Pt-Rh, Pt-Mo, Pt-Sn, Pt-Ir
Козадеров О.А. 201514
Электрокаталитический материал
углеродный носитель (сажа, активированный уголь, графит) со средним частиц 15-50 нм
катализатор в виде мелких высокодисперсных металлических частиц (около 2-6 нм), нанесенных на углеродный носитель
Козадеров О.А. 201515
Изготовление электродов
Козадеров О.А. 201516
Типичная поляризационная кривая
Козадеров О.А. 201517
Проблемы чрезвычайно высокая стоимость
платинового катализатора мембраны
поиск альтернативных дешевых протонпроводящих мембран с приемлемой протонной проводимостью уровня весьма дорогой Nafion®
нерешенные научные проблемы отравление оксидом углерода (II)
поиск анодных электрокатализаторов, толерантных к CO
высокое перенапряжение восстановления кислорода поиск эффективных катодных
электрокатализаторовКозадеров О.А. 201518
Перспективы
транспорт экологически чистые, гибридные автомобили,
грузовики и автобусы
вспомогательные силовые установки устройства, которые могут обеспечить
электропитанием все системы энергопотребления на транспортном средстве, кроме двигателя (например, систему освещения, кондиционирования воздуха и т.п.).
Козадеров О.А. 201519
Твердополимерныетопливные элементы
2. ТЭ прямого окисления органических соединений
Козадеров О.А. 201520
http://isjaee.hydrogen.ru/pdf/pdf/07-10/Tarasevich_86.pdf
Жидкое органическое топливо для ТЭ
спирты метанол этанол
кислоты муравьиная кислота
Козадеров О.А. 201521
Органическое топливо в ТЭ
Непрямое окисление Прямое окисление
Козадеров О.А. 201522
Топливный элемент прямого окисления метанола(direct methanol fuel cell, DMFC)
Катодная реакция
Анодная реакция
1/2 O2 + 2H+ + 2e– → H2O
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e–
Козадеров О.А. 201523
Принципиальная схема процессов в DMFC
Козадеров О.А. 201524
Принципиальная схема процессов в DMFC
Козадеров О.А. 201525
Особенности анодной реакции1. Анодное окисление метанола –
многоэлектронный и многостадийный электрохимический процесс
Козадеров О.А. 201526
Особенности анодной реакции
2. При электроокислении метанола образуются промежуточные продукты (интермедиаты), которые являются каталитическими ядами (например, CO)
Pt + CH3OH → PtCOads + 4H+ + 4e–
Козадеров О.А. 201527
на сплаве Pt-Ru:Ru + H2O → Ru(OH)ads + H+ + e–
PtCOads + Ru(OH)ads → CO2 + Pt + Ru + H+ + e–
Особенности анодной реакции3. Метанол проникает в мембранный
электролит и перемещается из анодной в катодную камеру (кроссовер метанола)
Козадеров О.А. 201528
Модификация протонообменной мебраны
увеличение числа кислотных центров введение молибденфосфорной кислоты,
фосфорвольфрамовой кислоты, кремнийвольфрамовой кислоты
повышение способности мембраны удерживать влагу введение соединений циркония
изменение структуры, пористости полимера введение гидроксиапатита и цеолитаКозадеров О.А. 201529
Щелочной метанольный топливный элемент Твердополимерный электролит –
анионообменная мембрана
Анодный процессСН3ОН + 6ОН- = СО2 + 5Н2О + 6е-
Козадеров О.А. 201530
Типичные поляризационные кривые
Козадеров О.А. 201531
Применение большинство опытных образцов – это
портативная электроника в сотовых телефонах и ноутбуках используется
гибридная энергоустановка: литий-ионный аккумулятор обеспечивает питание устройства, постоянно подзаряжаясь от встроенного топливного элемента
Козадеров О.А. 201532
Recommended