Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка лабораторной масштабируемой технологии изготовления ТОТЭ планарной конструкции и концепции создания на их базе энергетических установок различного назначения и структуры, включая гибридные, с изготовлением и испытаниями маломасштабного экспериментального образца энергоустановки мощностью 500 - 2000 Вт

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
твердооксидные топливные элементы (тотэ), композиционные наноматериалы, моделирование сборок топливных элементов, защита биполярных пластин, многофункциональные электроды, функциональные керамические наноматериалы, многослойные электроды, анодные и катодные катализаторы, батарея тотэ, гибридные энергоустановки

Цель проекта:
Вариантная проработка конструкции экспериментальной модели батареи из ТОТЭ размером 100х100 мм2 мощностью 500 Вт. Разработка концепции энергетических установок различного назначения, включающая: эскизную конструкторскую документацию на батарею из ТОТЭ размером 100х100 мм2 мощностью 500 Вт; эскизную конструкторскую документацию на маломасштабный экспериментальный образец энергоустановки мощностью 500 – 2000 Вт; изготовление и испытания маломасштабного экспериментального образца энергоустановки мощностью 500-2000 Вт; концептуальный проект создания на базе ТОТЭ энергетических установок, включающий проект ТЗ на опытно-конструкторские и опытно-технологические работы по созданию типоряда энергетических установок мощностью 0,5 – 5 кВт, включающих батареи из ТОТЭ планарной конструкции размером 100х100 мм2 мощностью 500 Вт.

Основные планируемые результаты проекта:
Номенклатура новых видов продукции
Типоряд энергетических установок мощностью 0,5 – 5 кВт, включающих батареи из ТОТЭ планарной конструкции размером 100х100 мм2 мощностью 500 Вт.
Назначение продукции
Продукция предназначена для производства электроэнергии.

Индустриальным партнером проекта - Фондом поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности «Энергия без границ»
планируется создание инжиниринговой компании, обладающей правами на разработанную рабочую конструкторскую документацию, которая будет оказывать услуги по сборке и поставке типоряда энергетических установок мощностью 0,5 – 5 кВт, включающих батареи из ТОТЭ планарной конструкции размером 100х100 мм2 мощностью 500 Вт, сторонним организациям-заказчикам.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Характеристики новых видов продукции
Характеристики ТОТЭ и батарей из ТОТЭ.
ТОТЭ должны изготавливаться на основе газоплотных пластин состава 10Sc1YSZ с двухслойными катодом и анодом.
Удельная снимаемая с ТОТЭ мощность – не менее 250 мВт/см2.
Рабочая температура ТОТЭ и батарей из ТОТЭ – от 800 до 850 оС.
Мощность ТОТЭ размером 100х100 мм2 – не менее 21 Вт.
Мощность батареи из ТОТЭ размером 100х100 мм2 – не менее 500 Вт.
Наработка на отказ батареи из ТОТЭ размером 100х100 мм2 – не менее 8 000 ч.
Габариты батареи из ТОТЭ размером 100х100 мм2 – не более 150х150х150 мм3.
Масса батареи из ТОТЭ размером 100х100 мм2 – не более 20 кг.
Вид тока батареи из ТОТЭ размером 100х100 мм2 – постоянный. Плотность тока – не менее 200 мА/см2.
Рабочее напряжение батареи из ТОТЭ размером 100х100 см2 – от 15 В до 20 В.
Характеристики энергетических установок
Вид топлива - природный газ.
Коэффициент полезного действия на экономическом режиме - до 50 %.
Состав: блок очистки топлива, блок топливного процессора (пре-реформер) и батарей ТОТЭ, блок дожигания с обычной или каталитической горелкой, блок теплообменного оборудования.
Должен быть создан типоряд энергетических установок мощностью от 0,5 до 5 кВт.
Рабочая температура – от 800 до 850 оС.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) – это электрохимические генераторы, обеспечивающие прямое преобразование химической энергии топлива в электричество, имеющее гораздо больший теоретический КПД чем традиционные технологии преобразования энергии, КПД которых ограничен КПД цикла Отто, Тринклера или Карно. В качестве топлива электрохимические генераторы на ТОТЭ могут использовать водород и/или любое газифицированное углеводородное топливо (природный газ, диз.топливо, биогаз), а также СО, спирты и смеси легких органических соединений. Топливные элементы являются основой наиболее эффективных и экологически чистых технологий производства электроэнергии. Отдельно следует отметить востребованность высокоэффективных и портативных генераторов электроэнергии на топливных элементах для удаленных поселений, станций катодной защиты трубопроводов, связи и многих спецприменений (беспилотные подводные аппараты, подводный и надводный флот и т.д.).
Потенциальными потребителями энергоустановок на ТОТЭ являются производители автономных автоматизированных и роботизированных систем гражданского, военного и двойного назначения в случаях повышенных требований к бесшумности и возможности применения перезаряжаемых емкостей сжиженного газа в качестве топлива, в частности, автономных систем видеонаблюдения, сигнализации, локации, радиационного и химического контроля и катодной защиты трубопроводов.
После оптимизации весогабаритных параметров и тестирования модульных сборок до 10-50 кВт потенциальными потребителями являются ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» и ассоциированные предприятия авиастроительного комплекса для обеспечения электропитания перспективных комплексов бортовой и аэродромной аппаратуры.

Текущие результаты проекта:
Выполнено компьютерное моделирование системы газораспределения в батареях из ТОТЭ размером 50х50 мм и 100×100 мм, и построены карты распределения скоростей потока воздуха в плоскости каналов батареи и в магистральных каналах батареи из ТОТЭ 100×100 мм.
На основе расчетов разработана эскизная конструкторская документация на макет батареи из 10 ТОТЭ размером 50х50 мм. Проработаны и проанализированы перспективных варианта конструкции.
Изготовлен макет батареи из 10 ТОТЭ размером 50х50 мм и проведены исследовательские испытания макета батареи из ТОТЭ размером 50х50мм.
Создано два патентноспасобных решения. Подано две заявки на полезные модели.
1. «Батарея ТОТЭ планарной геометрии» Регистрационный № 2015117098 - получено положительное решение.
2. "Мембрана твердого электролита" Регистрационный № 2015139537