Введение к работе
Актуальность темы.
Современное состояние и перспективы развития энергетики определяют необходимость поиска новых недорогих, экологически чистых и безопасных энергоносителей. В настоящее время в качестве наиболее перспективного энергоносителя рассматривается водород. В этом плане важными представляются разработка топливных элементов, проблема транспортировки и хранения водорода.
Топливный элемент (электрохимический генератор) - это устройство, которое преобразует химическую энергию топлива (водорода) в электрическую в процессе электрохимической реакции напрямую, в отличие от традиционных технологий, при которых используется сжигание твердого, жидкого и газообразного топлива. Прямое электрохимическое преобразование топлива очень эффективно и привлекательно с точки зрения экологии, поскольку в процессе работы выделяется минимальное количество загрязняющих веществ, а также отсутствуют сильные шумы и вибрации.
Одной из ключевых характеристик разных типов топливных элементов является рабочая температура. Твердополимерные топливные элементы функционируют при относительно низких рабочих температурах (40-60 С). Они отличаются высокой удельной мощностью, позволяют быстро регулировать выходную мощность, могут быть быстро включены. Через протонооб-менную мембрану могут перемещаться протоны, но через нее не проходят электроны, в результате чего между катодом и анодом возникает разность потенциалов. На анод поступает топливо-водород, на катод поступает кислород или воздух.
Такие топливные элементы применяются в качестве источника питания для широкого спектра различных устройств от мобильных телефонов до автобусов и стационарных систем питания. Низкая рабочая температура позволяет использовать их для питания различных типов сложных электронных устройств.
Цель работы
Целью данной работы является исследование и оптимизация каталитических слоев для портативных твердопоилимерных топливных элементов (ПТПТЭ), создание способа получения мембрано-электродного блока (МЭБ). Разработка оптимальной конструкции ПТПТЭ в составе компактного источника питания портативных устройств. Научная новизна
На основе полученных экспериментальных данных была разработана оригинальная конструкция портативного топливного элемента в составе КИП;
Разработана химическая технология изготовления МЭБ, позволяющая получить оптимальные рабочие характеристики ПТПТЭ в составе компактного источника питания портативных устройств;
Основные положения, представляемые к защите
Экспериментальные данные по оптимизации конструкции ТПТЭ, состава и структуры каталитических слоев;
Методика и результаты расчета структурных параметров каталитического слоя, результаты численного моделирования вольтам-перной характеристики;
Способ изготовления МЭБ ТПТЭ;
Компактный источник питания для портативных устройств (мобильные телефоны, фонарики и т.д.).
Практическая значимость
Разработанная конструкция портативного твердополимерного
топливного элемента со свободной конвекцией окислителя поз
воляет поддерживать бесперебойный рабочий режим компактно
го источника питания (КИП) портативных устройств (ноутбук,
мобильный телефон, навигатор, карманный фонарик и т.д.);
Разработанный способ получения МЭБ ТЭ позволяет наладить широкомасштабное производство электродов с разной геомет-рией и с удельной мощностью 100 мВт/см ; Апробация работы
Результаты работы докладывались на 15 конференциях, из них 6 всероссийских конференций и 5 международных научных конференций. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 2 статьи в ведущих научных изданиях, включенных в перечень ВАК. Структура и объем работы. Диссертация включает введение, четыре главы, выводы, список цитируемой литературы. Общий объем составляет 119 страниц, включая 37 рисунков, 11 таблиц и список литературы из 144 наименований.