Investigation of chemical power sources on an automated electronic load with controlled parameters


Цитировать

Полный текст

Аннотация

гибридные установки преобразования энергии топлива в электроэнергию являются перспективным способом обеспечения человечества доступными энергоресурсами. Однако вопрос получения реагентов (водорода и кислорода) высокой степени чистоты остается одним из наиболее актуальных. В данной работе были исследованы энергетические характеристики водородно-кислородного топливного элемента в сочетании с электролизером воды. Были сформированы мембранно-электродные блоки, состоящие из модифицированной мембраны на основе политетрафторэтилена с платина-содержащим компонентом (Pt(30%)/C), а также анода и катода, изготовленных из углеродной ткани и пористого никеля, легированных техническим углеродом и графеном. Структурные характеристики материала были изучены с помощью метода растровой электронной микроскопии. Исследование энергетических характеристик водородно-кислородных мембранно-электродных блоков впервые проводилось на автоматизированной электронной нагрузке AКИП-1375/1E со встроенным программным обеспечением. В разработанном водородно-кислородном топливном элементе в качестве твердого полимерного электролита вместо мембраны Nafion была использована более доступная коммерческая мембрана на основе политетрафторэтилена, что значительно снизило стоимость разработки МЭБ. В результате проведенных испытаний было установлено, что максимальную удельную мощность демонстрируют элементы, сконструированные на основе анода и катода из пористого никеля, модифицированного графеном.

Об авторах

М. В Лебедева

МИРЭА – Российский технологический университет

В. А Головачева

МИРЭА – Российский технологический университет

Н. А Копылова

МИРЭА – Российский технологический университет

О. А Дулина

МИРЭА – Российский технологический университет

И. В Бакеева

МИРЭА – Российский технологический университет

Н. А Яштулов

МИРЭА – Российский технологический университет

Список литературы

  1. Goel M., Sen G. Climate Action and Hydrogen Economy: Technologies Shaping the Energy Transition, Springer, Singapore, 2024. 309 p.
  2. Kumar S., Agarwal A.K., Khandelwal B., Singh P. Ammonia and Hydrogen for Green Energy Transition, Springer, Singapore, 2024. 392 p.
  3. Xing Y. Modeling and Control Strategies for a Fuel Cell System, Springer Nature, Switzerland, 2023. 173 p.
  4. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Зайцев Н.К., Яштулов Н.А. Разработка электродных наноматериалов для щелочного электролиза воды // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. № 5. С. 642 – 651.
  5. Kumar S.S., Lim H. An overview of water electrolysis technologies for green hydrogen production // Energy Reports. V. 8. № 10. Р. 13793 – 13813.
  6. Park J. Kwon O., Oh H.-M., Jeong S., So Y., Park J., Jang H., Yang S., Baek J., Kim G., Park T. Optimizing design of catalyst layer structure with carbon-supported platinum weight ratio mixing method for proton exchange membrane fuel cells // Energy. 2024. Vol. 291. P. 130363.
  7. Лебедева М.В., Крапивко А.Л., Дулина О.А., Ленский М.С., Яштулов Н.А. Энергоэффективные нанокомпозитные мембранно-электродные блоки для химических источников тока // Chemical Bulletin. 2023. Т. 6. № 2. С. 19 – 28.
  8. Yashtulov N.A., Zaitcev N.K., Lebedeva M.V., Patrikeev L.N. New polymer-graphene nanocomposite electrodes with platinum-palladium nanoparticles for chemical power sources // Express Polymer Letters. 2019. Vol. 13. № 8. P. 739 – 748.
  9. Лебедева М.В., Рагуткин А.В., Сидоров И.М., Яштулов Н.А. Снижение наводораживания материалов мембранно-электродных блоков генераторов водорода // Тонкие химические технологии. 2023. Т. 18. № 5. С. 461 – 470.
  10. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Разработка прототипов мембранно-электродных блоков на основе нанокомпозитов с платиной для источников энергии // Computational Nanotechnology. 2019. Т. 6. № 4. С. 56 – 59.
  11. Антропов А.П., Лебедева М.В., Рагуткин А.В., Зайцев Н.К., Яштулов Н.А. Энергоэффективность нанокомпозитных мембранно-электродных блоков генерации водорода // Вестник Технологического университета. 2021. Т. 24. № 12. С. 73 – 78.
  12. Krasnova A.O., Glebova N.V., Kastsova A.G., Pelageikina A.O., Redkov A.V., Tomkovich M.V., Nechitailov A.A. Stability of graphene/nafion composite in pem fc electrodes // Nanomaterials. 2024. Vol. 14. № 11. P. 922.
  13. Rey-Raap N., dos Santos-Gómez L., Arenillas A. Carbons for fuel cell energy generation // Carbon. 2024. V. 228. P. 11929.
  14. Guterman V.E., Pustovaya L.E., Guterman A.V., Vysochina L.L. Borohydride synthesis of the Pt x -Ni/C electrocatalysts and investigation of their activity in the oxygen electroreduction reaction // Russian Journal of Electrochemistry. 2007. Vol. 43. № 9. Р. 1091 – 1096.
  15. Антропов А.П., Рагуткин А.В., Лебедева М.В., Яштулов Н.А. Нанокомпозитные микромощные альтернативные источники энергии для электронной техники // Теплоэнергетика. 2021. № 1. С. 21 – 29.
  16. Lebedeva M.V., Antropov A.P., Golovacheva V.A., Erasov V.S., Yashtulov N.A. Metal-Polymer Functional Materials for Hydrogen-Oxygen Fuel Cells with Enhanced Performance // Applied Mechanics and Materials. 2023. Vol. 912. P. 101 – 106.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).