Топливные элементы

Изучены особенности работы алюмоводных микрогенераторов водорода для портативных источников тока на основе топливных элементов, разработанных в ОИВТ РАН. Представлены результаты исследований факторов, влияющих на скорость выделения водорода, способов ее регулирования и работы микрогенератора водорода совместно с батареей водородно-воздушных топливных элементов, в условия близких к условиям практической работы в источниках тока.

С целью улучшения структурной стабильности при циклировании осуществлялась модификация LiMn₂O₄ путем совместного допирования 3d-металлами (Co, Ni, Cr, Fe) и литием. Синтез шпинелей проводили с применением предварительной механической активации смеси реагентов и последующего нагревания при 750°С.

Методом термодинамического моделирования найдены равновесные продукты взаимодействия в системе металлический литий – твердый электролит (ТЭЛ) в температурном интервале 25–165°С (ТЭЛ – Li₆BeO₄, LiYO₂, LiScO₂, Li₅SiN₃, Li₈SiN₄, Li₃AlN₂, Li₂SO₄, Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄, Li₈ZrO₆, Li₅AlO₄).

В работе изучены некоторые закономерности образования пористой структуры при изготовлении углеродных саже-фторопластовых газодиффузионных слоев (ГДС) высокоинформативным методом динамической десорбционной порометрии. Были получены кривые распределения пор по размерам исходных и гидрофобизированных саж и газодиффузионных слоев, а также удельные поверхности исследуемых образцов саж. Было проанализировано влияние различных технологических параметров на пористую структуру ГДС.

~

Исследовано влияние частичного замещения ионов Ge^{4 +} на Zr^{4 +} в высокопроводящем литий-катионном твердом электролите Li_3.75Ge_0.75V_0.25O₄. Установлено, что введение ионов циркония приводит к заметному повышению проводимости электролита и снижению ее энергии активации. Предполагается, что этот эффект связан с влиянием размерного фактора: введение более крупных, чем Ge^{4 +}, ионов Zr^{4 +} приводит к увеличению среднего размера каналов миграции катионов лития в структуре электролита.

Приведены поляризационные характеристики пористых газодиффузионных катодов, приготовленных на основе перовскитоподобных оксидов LaLi_0.1M_0.1Fe_0.8O_3-d (M = Fe, Co, Ni) иоксида Li_0.1Ni0.9O, который обладает кристаллической структурой типа NaCl. Зависимости измерены влабораторной топливной ячейке в температурном интервале 820–1000 К.Показано, что при T < 970К электрохимическая активность катодов сдобавками кобальта иникеля выше, чем активность катода из Li_0.1Ni_0.9O.

Сопоставлены особенности процессов генерации тока в мембранно-электродном блоке (МЭБ) водородо-воздушного (кислородного) топливного элемента (ТЭ) с протонпроводящим (кислым) и анионпроводящим (щелочным) твёрдыми полимерными электролитами. Наряду с параметрами отдельных электродных реакций и характеристиками электролитов рассмотрены эффекты взаимовлияния компонентов МЭБ при работе ТЭ, а также дестабилизирующие факторы, обусловленные как непосредственно протеканием тока, так и присутствием примесей в топливе и окислителе.

Предложены новые механизмы реакции электровосстановления О₂ на перовскитоподобных оксидах LaLi_0.1M_0.1Fe_0.8O_3-d (M = Fe, Co, Ni) и оксиде Li_0.1Ni_0.9O. На их основе в температурном интервале 820–1000 К проведена сравнительная оценка каталитической активности оксидов в расплаве (Li_0.62K_0.38)₂CO₃.

Рассмотрено применение графена при формировании электродов биотопливных элементов. Графен обладает рядом важных характеристик, среди которых в первую очередь отмечают высокую механическую прочность, высокую электропроводность, высокую удельную поверхность, биосовместимость, структурную своеобразность молекулы, а также возможность производить химическую модификацию структуры. Рассмотрено получение, свойства графена и его оксидов, а также особенности использования графена как основы электродов в биотопливных элементах.