Разработка и исследование элементной базы нового поколения для низкотемпературных электролизеров воды

• Автор: Кулешов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

1.1.2. Проблемы создания диафрагмы для щелочного

электролиза

1.1.3. Катализаторы катодных процессов щелочных

электролизеров

1.1.4. Катализаторы анодных процессов щелочных

электролизеров

1.2. Электролизеры с твердополимерным электролитом

1.2.1. Устройство ячейки электролизера с ТПЭ

1.2.2. Твердополимерный электролит

1.2.3. Катализаторы ТПЭ электролизеров

2. Методики экспериментов

2.1. Реактивы и растворители
2.2. Приборы и оборудование
2.3. Электрохимические методы исследований
2.3.1. Электрокаталитическая активность и удельная активная поверхность электродов
2.3.2. Удельная электропроводность диафрагм
2.3.3.Лабораторная модель щелочного электролизера
2.3.4. Лабораторная модель ТПЭ электролизера
2.4. Неэлектрохимические методы исследований
2.4.1. Рентгенофазовый анализ
2.4.2. Лазерная атомная спектроскопия
2.4.3. ИКФурье спектроскопия
2.4.4. Контактноэталонная порометрия
2.4.5. Газопроницаемость диафрагм для щелочного электрол изера
3. Экспериментальная часть
3.1. Синтез полимерных диафрагм
3.2. Синтез композиционного никелевого покрытия
электродов
3.3. Модифицирование композиционного никелевого
покрытия каталитически активной системой типа 1У1РХ
3.4. Модифицирование композиционного никелевого покрытия следовыми количествами платины
3.5. Модифицирование композиционного никелевого покрытия никелькобальтовой шпинелью
3.6. Синтез катализаторов для ТПЭ электролизеров
3.6.1. Подготовка углеродного носителя
3.6.2.Синтез наноструктурных электрокатализаторов в виде металлических черней
3.6.3. Синтез наноструктурных электрокатализаторов на углеродном носителе
3.6.4. Синтез смешаннооксидных анодных композиций электролизера с ТПЭ
3.6.5. Синтез наноструктурных МЭБ электролизеров с . ТПЭ
4. Результаты и обсуждение
4.1. Диафрагмы щелочных электролизеров
4.1.1. Химический и фазовый состав гидрофильных наполнителей полимерных диафрагм
4.1.2. Полимерные диафрагмы для щелочного электролиза
4.1.3. Пористость полимерных диафрагм
4.1.4. Удельная электропроводность диафрагм щелочных электролизеров
4.2. Катализаторы катодных процессов щелочных
электролизеров
4.2.1. Фазовый и химический состав композиционных 2 никелевых покрытий
4.2.2. Электрокаталитическая активность
композиционных никелевых покрытий, модифицированных ix и следовыми количествами платины
4.2.3. Электрокаталитическая активность
композиционных никелевых покрытий, модифицированных никелькод альтовой шпинелью
4.2.4. Волътамперные характеристики ячеек щелочного 8 электролизера с новыми каталитически активными электродами и полимерными диафрагмами
4.3. Электроднодиафрагменные блоки для щелочных 2 электролизеров
4.4. Катализаторы и мембранноэлектродные блоки 4 электролизеров с ТПЭ
4.4.1. Электрокаталитическая активность катализаторов 4 для электролизеров с ТПЭ
4.4.2. Волътамперные характеристики мембранно 8 электродных блоков электролизеров с ТПЭ
Заключение
Список литературы


Влияние условий синтеза и состава новых диафрагм на их удельную электропроводность. Способ изготовления и электрокаталитическая активность электродов с композиционным никелевым покрытием и электродов с композиционным покрытием, модифицированных катализаторами катодных и анодных процессов. Влияние соотношения количества углеродного наноматериала и благородного металла на электрохимические свойства многослойных мембранноэлектродных блоков на их основе для электролизеров с ТПЭ. Достоверность. Достоверность полученных результатов определяется их корреляцией с результатами исследований других авторов, многократной повторяемостью экспериментальных результатов, использованием высокоточных приборов. Практическая значимость работы. Разработан и запатентован новый способ синтеза диафрагм для щелочного электролиза, обладающих удельной электропроводностью 2. Омсм1 в 6М КОН при С, высокой газоплотностью и химической устойчивостью, который позволяет заменить асбестовые диафрагмы в отечественных щелочных электролизерах. Предложены оригинальные способы формирования пористых никелевых электродов для щелочного электролиза, а также мембранноэлектродных блоков на основе отечественных углеродных нанотрубок для ТПЭ электролиза. На основе новой элементной базы могут быть разработаны высокоэффективные низкотемпературные электролизеры воды с энергозатратами не выше 4. Втнм3 Н2 при плотностях тока 0 мАсм2 для щелочных и мАсм2 для ТПЭ электролизеров. Апробация работы. Результаты работы представлены на 2м Международном симпозиуме по водородной энергетике ГОУВПО МЭИ ТУ, г. Москва, г. Президент отель, г. Москва, г. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика ГОУВПО МЭИ ТУ, г. Москва, г. ГОУВПО МЭИ ТУ, г. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, глав с описанием проведенных экспериментов и полученных результатов, выводов, списка использованной литературы. Материал диссертации изложен на 3 страницах, содержит рисунка и 1 1 таблиц. Список использованной литературы состоит из 1 наименования. Н2 до ,8 и до ,5 относительно низкую стоимость высокую производительность 4 нм3 Н2ч и ресурс, измеряемый десятками тысяч часов. Единственным производителем промышленных электролизеров в России является ОАО Уралхиммаш, продукция которого эксплуатируется более чем в странах ближнего и дальнего зарубежья. В частности за последние пять лет была значительно усовершенствована система автоматизации и управления. При этом основной блок электролизная батарея попрежнему представляет собой разработки х годов прошлого века. Втчнм , высокой материалоемкости и массогабаритных характеристик 1, 2, 3. КПД, поэтому разработки более эффективных аппаратов новых типов практически не осуществлялись. Это привело к тому, что сегодня многие предприятия вынуждены эксплуатировать устаревшие энергоемкие установки. В настоящее время при росте тарифов на электрическую энергию, затраты на производство водорода вносят весьма ощутимый вклад в стоимость выпускаемой продукции, а в некоторых случаях издержки становятся обременительными даже при производстве водорода на собственные нужды. К тому же нормы экологической безопасности, принятые некоторыми странами за последние годы не позволяют использовать асбестсодержащие материалы и оборудование на их основе. В тоже время за прошедшие лет многие зарубежные производители, например, Норвегия, i Бельгия, Канада I. США, I Италия, достигли значительных успехов в области совершенствования щелочных электролизеров воды за счет создания полимерных диафрагменных материалов, электродов с высокоэффективными катализаторами анодных и катодных процессов, использования полимеров при изготовлении диафрагменных рам и щелочестойких уплотнений 4, 5, 6. В результате зарубежные производители поставляют на российский рынок высокоэффективные щелочные электролизеры нового поколения, отличающиеся пониженным энергопотреблением 4,,8 кВтчнм3. Последние пять лет отмечены высокой и зачастую агрессивной политикой зарубежных производителей на мировом и российском рынке.