Исследователи обобщили данные о водородных топливных элементах
Ученые из ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН в Черноголовке изучили взаимосвязь процессов, материалов и конструктивных решений на эффективность работы водородно-воздушных топливных элементов с твердоплимерной мембраной. Новый обзор, который охватывает более 400 работ, заполняет нишу между слишком общими работами и специализирующимися на конкретной проблеме. Работа, которая может стать «точкой входа» для ученых, собирающихся заниматься данной тематикой, удостоилась обложки в самом авторитетном российском научном журнале вообще: «Успехи химии» (IF =7,6).
Водородные топливные элементы – химические источники тока, напрямую преобразующие химическую энергию реакции окисления водорода в электрический ток без горения – были изобретены еще в 1839 году, однако только в XXI веке современные материалы и технологии позволили им получить массовое применение. В настоящее время активные разработки в области топливных элементов уже позволяют им конкурировать с двигателями внутреннего сгорания и литий-ионными аккумуляторами в ряде областей техники, но для того, чтобы расширить их сферу применения нужно существенно улучшить их характеристики.
«Наш обзор заполняет нишу в тематике топливных элементов между существующими обзорами слишком общего характера и специализированные на конкретной проблеме. В нем мы последовательно рассматриваем все основные компоненты топливных элементов – протоннообменные мембраны, каталитические и газодиффузионные слои, биполярные пластины, системы охлаждения, а также факторы, которые влияют на мощность топливных элементов.
Опыт, накопленный в нашем Центре – как в фундаментальных разработках, так и в практической плоскости – создании топливных элементов с воздушным охлаждением малой мощности и применению их в беспилотных летательных аппаратах и системах накопления энергии, позволил нам рассмотреть огромный объем литературы в 428 наименований именно с практической точки зрения и сформировать общее представление как об актуальном уровне разработок в этой области, так и о перспективах их применения и дальнейшего развития», - говорит один из авторов работы, руководитель Центра компетенций «Новые и мобильные источники энергии» ФИЦ ПХФ и МХ РАН, заведующий лабораторией твердотельных электрохимических систем ФИЦ ПХФ и МХ РАН Алексей Левченко.
Авторы обращают внимание, что на эффективность работы топливного элемента влияет четыре параметра: проводимость компонентов (протоннобменной мембраны, каталитических слоев), скорость электрохимических реакций на электродах, эффективность разделения газовых пространств анода и катода и эффективность подвода компонентов и отвода продуктов реакции, при этом каждый из этих параметров определяется свойствами нескольких компонентов топливного элемента – и, наоборот, свойства одного материала могут влиять на несколько характеристик. Так, например, чем тоньше мембрана, тем меньше потери за счет сопротивления в топливном элементе, но при этом увеличиваются другие потери – и, соответственно, для каждого конструктива топливного элемента существует оптимальная толщина этого ключевого компонента.
При этом в современном мире топливных элементов существует два основных тренда. Часть групп работают на краткосрочную перспективу и занимаются оптимизацией существующих разработок топливных элементов – увеличением стабильности катализаторов и стойкости их к отравлению, улучшением характеристик протоннообменных мембран и каталитических слоев, оптимизацией геометрии топливного элемента и тому подобное. Часть же работает на долгосрочную перспективу и ищет принципиально новые решения – бесплатиновые катализаторы (в том числе – биокаталитические), новые типы ион-проводящих материалов, с акцентом на анион-проводящие, которые позволяют использовать эти бесплатиновые катализаторы как на катоде, так и на аноде и так далее.
Ученые из ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН в Черноголовке изучили взаимосвязь процессов, материалов и конструктивных решений на эффективность работы водородно-воздушных топливных элементов с твердоплимерной мембраной. Новый обзор, который охватывает более 400 работ, заполняет нишу между слишком общими работами и специализирующимися на конкретной проблеме. Работа, которая может стать «точкой входа» для ученых, собирающихся заниматься данной тематикой, удостоилась обложки в самом авторитетном российском научном журнале вообще: «Успехи химии» (IF =7,6).
Водородные топливные элементы – химические источники тока, напрямую преобразующие химическую энергию реакции окисления водорода в электрический ток без горения – были изобретены еще в 1839 году, однако только в XXI веке современные материалы и технологии позволили им получить массовое применение. В настоящее время активные разработки в области топливных элементов уже позволяют им конкурировать с двигателями внутреннего сгорания и литий-ионными аккумуляторами в ряде областей техники, но для того, чтобы расширить их сферу применения нужно существенно улучшить их характеристики.
«Наш обзор заполняет нишу в тематике топливных элементов между существующими обзорами слишком общего характера и специализированные на конкретной проблеме. В нем мы последовательно рассматриваем все основные компоненты топливных элементов – протоннообменные мембраны, каталитические и газодиффузионные слои, биполярные пластины, системы охлаждения, а также факторы, которые влияют на мощность топливных элементов.
Опыт, накопленный в нашем Центре – как в фундаментальных разработках, так и в практической плоскости – создании топливных элементов с воздушным охлаждением малой мощности и применению их в беспилотных летательных аппаратах и системах накопления энергии, позволил нам рассмотреть огромный объем литературы в 428 наименований именно с практической точки зрения и сформировать общее представление как об актуальном уровне разработок в этой области, так и о перспективах их применения и дальнейшего развития», - говорит один из авторов работы, руководитель Центра компетенций «Новые и мобильные источники энергии» ФИЦ ПХФ и МХ РАН, заведующий лабораторией твердотельных электрохимических систем ФИЦ ПХФ и МХ РАН Алексей Левченко.
Авторы обращают внимание, что на эффективность работы топливного элемента влияет четыре параметра: проводимость компонентов (протоннобменной мембраны, каталитических слоев), скорость электрохимических реакций на электродах, эффективность разделения газовых пространств анода и катода и эффективность подвода компонентов и отвода продуктов реакции, при этом каждый из этих параметров определяется свойствами нескольких компонентов топливного элемента – и, наоборот, свойства одного материала могут влиять на несколько характеристик. Так, например, чем тоньше мембрана, тем меньше потери за счет сопротивления в топливном элементе, но при этом увеличиваются другие потери – и, соответственно, для каждого конструктива топливного элемента существует оптимальная толщина этого ключевого компонента.
При этом в современном мире топливных элементов существует два основных тренда. Часть групп работают на краткосрочную перспективу и занимаются оптимизацией существующих разработок топливных элементов – увеличением стабильности катализаторов и стойкости их к отравлению, улучшением характеристик протоннообменных мембран и каталитических слоев, оптимизацией геометрии топливного элемента и тому подобное. Часть же работает на долгосрочную перспективу и ищет принципиально новые решения – бесплатиновые катализаторы (в том числе – биокаталитические), новые типы ион-проводящих материалов, с акцентом на анион-проводящие, которые позволяют использовать эти бесплатиновые катализаторы как на катоде, так и на аноде и так далее.
«Наша область – бурно развивающаяся и требующая новых идей, новых людей и новых коллабораций, поэтому такие обзоры, одновременно показывающие научно-технологические принципы работы топливных элементов и ситуацию на переднем крае науки крайне важны», - резюмирует цель этой работы Алексей Левченко.
https://www.russchemrev.org/RCR5121
https://www.russchemrev.org/RCR5121
23-24 октября 2024 года в Москве в отеле «Метрополь» соберется, пожалуй, самая представительная водородная тусовка в нашей стране.
Национальный нефтегазовый форум при поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации ждет всех на Международной конференции по водородной энергетике.
Среди ключевых вопросов конференции: водородная энергетика: перспективные проекты и новые рынки; международное сотрудничество и научно-технологическая кооперация; водородная стратегия: партнерство государства, науки и бизнеса; передовые технологии и транспорт: новые проекты. Послушаем и поговорим о том, что нового в нашей отрасли произошло за прошедший год.
Кстати, 24 октября 2024 года участники конференции могут приехать на экскурсию в наш Центр компетенций и на площадки наших «водородных» соседей по наукограду.
Национальный нефтегазовый форум при поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации ждет всех на Международной конференции по водородной энергетике.
Среди ключевых вопросов конференции: водородная энергетика: перспективные проекты и новые рынки; международное сотрудничество и научно-технологическая кооперация; водородная стратегия: партнерство государства, науки и бизнеса; передовые технологии и транспорт: новые проекты. Послушаем и поговорим о том, что нового в нашей отрасли произошло за прошедший год.
Кстати, 24 октября 2024 года участники конференции могут приехать на экскурсию в наш Центр компетенций и на площадки наших «водородных» соседей по наукограду.
В России спущено на воду прогулочно-экскурсионное судно на водородном топливе
Сегодня на АО «Зеленодольский завод имени А.М. Горького» в Татарстане на воду спущено первое прогулочно-экскурсионное судно проекта 00393 «Экобалт», которое работает на энергетической установке с батареей водородных топливных элементов. Параллельно на территории завода установлена водородная заправочная станция, созданная в черноголовской компании «Поликом».
Технические характеристики нового судна таковы: длина — около 15,4 м; ширина — около 3,3 м; пассажировместимость — 10 человек; экипаж — 2 человека; осадка — около 0,54 м; скорость на тихой воде — до 12 км/ч; продолжительность рейса — 5 часов.
Корабль создан АО «Зеленодольский завод им. Горького» (Татарстан) и ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (Санкт-Петербург). Головное судно послужит для отработки всех технологий и особенностей эксплуатации водородного транспортного средства на воде.
«Имея опыт строительства и эксплуатации судов на традиционных видах топлива и СПГ, считаем, что одним из главных преимуществ энергоустановок на топливных элементах, по сравнению с традиционными дизельными двигателями, будут являться значительно меньшие показатели уровня шума и вибрации, эффективное использование топлива и высокий КПД. В этом мы сможем убедиться в период испытаний и последующей эксплуатации судна», — сказал Ренат Мистахов, глава судостроительной корпорации «Ак Барс», в которую входит АО «Зеленодольский завод им. Горького» (Татарстан).
Сегодня на АО «Зеленодольский завод имени А.М. Горького» в Татарстане на воду спущено первое прогулочно-экскурсионное судно проекта 00393 «Экобалт», которое работает на энергетической установке с батареей водородных топливных элементов. Параллельно на территории завода установлена водородная заправочная станция, созданная в черноголовской компании «Поликом».
Технические характеристики нового судна таковы: длина — около 15,4 м; ширина — около 3,3 м; пассажировместимость — 10 человек; экипаж — 2 человека; осадка — около 0,54 м; скорость на тихой воде — до 12 км/ч; продолжительность рейса — 5 часов.
Корабль создан АО «Зеленодольский завод им. Горького» (Татарстан) и ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (Санкт-Петербург). Головное судно послужит для отработки всех технологий и особенностей эксплуатации водородного транспортного средства на воде.
«Имея опыт строительства и эксплуатации судов на традиционных видах топлива и СПГ, считаем, что одним из главных преимуществ энергоустановок на топливных элементах, по сравнению с традиционными дизельными двигателями, будут являться значительно меньшие показатели уровня шума и вибрации, эффективное использование топлива и высокий КПД. В этом мы сможем убедиться в период испытаний и последующей эксплуатации судна», — сказал Ренат Мистахов, глава судостроительной корпорации «Ак Барс», в которую входит АО «Зеленодольский завод им. Горького» (Татарстан).
Мы уже писали о выходе подготовленного в нашем Центре обзора по топливным элементам. Теперь же об этой работе, опубликованной в самом рейтинговом российском научном журнале вообще, рассказал "Коммерсантъ". Журналисты не только сделали новость, но и задали дополнительные вопросы нашему замруководителя по коммуникации Алексею Паевскому. Ответы можно прочитать в заметке на сайте издания:
https://www.kommersant.ru/doc/6904519
https://www.kommersant.ru/doc/6904519
Руководитель Центра награжден медалью к юбилею Академии наук
В пятницу на Ученом совете ФИЦ ПХФ и МХ РАН прошла важная церемония: награждение юбилейной медалью «300 лет Российской академии наук».
Согласно указу Президента России, награда присуждается не только российским и иностранным членам академии, но и профессорам РАН, работникам самой академии, научных и образовательных организаций страны с большим стажем, а также россиянам, которые внесли существенный вклад в научно-технологическое развитие России и содействовали выполнению возложенных на РАН задач.
Среди 38 награжденных этой медалью сотрудников ФИЦ ПХФ и МХ РАН вполне заслуженно оказался и руководитель нашего Центра компетенций НТИ, Алексей Левченко, с чем мы его от всей души и поздравляем!
В пятницу на Ученом совете ФИЦ ПХФ и МХ РАН прошла важная церемония: награждение юбилейной медалью «300 лет Российской академии наук».
Согласно указу Президента России, награда присуждается не только российским и иностранным членам академии, но и профессорам РАН, работникам самой академии, научных и образовательных организаций страны с большим стажем, а также россиянам, которые внесли существенный вклад в научно-технологическое развитие России и содействовали выполнению возложенных на РАН задач.
Среди 38 награжденных этой медалью сотрудников ФИЦ ПХФ и МХ РАН вполне заслуженно оказался и руководитель нашего Центра компетенций НТИ, Алексей Левченко, с чем мы его от всей души и поздравляем!
Сегодня, 9 сентября в пятый раз отмечается Всемирный день электротранспорта. Он был инициирован компаниями ABB и Green TV и впервые отмечался 9 сентября 2020 года. Мы же хотим отметить, что водородный транспорт - включая беспилотный - это тоже электротранспорт, только в качестве источника тока у него не аккумуляторная батарея, а батарея топливных элементов и емкость с водородом.
С праздником, друзья!
С праздником, друзья!
Сегодня в нашем Центре компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» ФИЦ ПХФ и МХ РАН снова съемки. К нам приезжала съемочная группа НТВ для спецрепортажа программы «Сегодня». Будем ждать выхода передачи, а пока - традиционный бэкстейдж со съемок и полётов нашего водородного коптера, который этим летом успел съездить на Сахалин, полетать там и вернуться обратно.