Каталитические слои топливных элементов

• Автор: Киселева, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Литературный обзор (по материалам и технологиям для водородновоздушных топливных элементов) ВВТЭ
1.1 Топливные элементы
1.2 биполярные пластины
1.3 анализ конструкции МЭБ
1.4 газодиффузионные слои (ГДС)
1.5 Твердополимерные электролиты для ВВТЭ (мембраны)
1.6 катализаторы
1.7 Растворители для каталитической композиции
1.8 Анализ технологии нанесения каталитического слоя
1.8.1 Метод распыления
1.8.2 Метод переноса каталитического слоя
1.8.3 Метод печати через экран
1.9 Техника промышленного производства МЭБ
2. Математическая модель.
(Агломератная модель каталитических слоев)
2.1 Процессы переноса в каталитических слоях
2.2 Параметры структуры каталитического слоя
2.3 Агломератная теория каталитических слоев
топливного элемента
2.4 Перенос заряда в каталитических слоях
2.5 Результаты расчетов
3. Экспериментальные исследования
3.1 Влияния поверхностных обработок биполярных пластин на удельные электрические характеристики топливных элементов
3.2 Способ получения мембранно-электродного блока
топливных элементов

3.3 Результаты исследований и их обсуждение
4. Использование полученных МЭБ ВВТЭ в источники питания для
качестве зарядного устройства к мобильному телефону Заключение Выводы по работе Список литературы
стр. 94

ВВЕДЕНИЕ
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 протонообменную 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.

электролита в первом методе имеют большую вероятность замкнуться между собой. Это приводит к более низкому перколяционному пределу для этих частиц и большей площади активной поверхности для электрохимической реакции. Поэтому можно предположить, что слой, сформированный методом суспензии, будет иметь большую производительность и более широкий концентрационный интервал (по концентрации катализатора), в котором слой работоспособен. Последнее преимущество делает возможным создать в слое большую пористость. Это приведет к облегчению переноса реагентов в газовой фазе, что увеличит производительность. Хотя необходимо отметить, что при использовании технологии приготовления слоя методом раствора, при котором электролит не осаждается в виде равноосных частиц, а выделяется в виде пленок, преимущество метода суспензии теряется.
1.8 Анализ технологии нанесения каталитического слоя
1.8.1. Метод распыления
Широко распространенным способом, использующимся в различных лабораториях, является метод распыления каталитических чернил на поверхность мембраны или коллекторов тока. При этом достигается равномерное нанесение небольших порций чернил на единицу площади поверхности за одно распыление. Небольшое однократное количество распыленных на данную поверхность чернил гарантирует, что растворитель из напыленной области быстро испариться, при этом не произойдет локальное растворение мембраны при напылении на мембрану, и растворитель не проникнет вглубь материала коллектора тока при напылении на коллектор.
Жидкость можно распылить несколькими способами:
1. Гидродинамическое распыление при прохождении жидкости через узкое сопло.
2. Воздушное распыление. Здесь жидкость течет через широкое (по сравнению со способом 1) сопло, а далее разбивается на капли внешней