Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения материалов, обладающих повышенной протонной проводимостью, термостойкостью и стойкостью к агрессивным средам на основе полиимидной матрицы с включениями краун-эфиров, для создания мембран топливных элементов

Номер контракта: 14.625.21.0036

Руководитель: Меньшиков Владимир Викторович

Должность: заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное унитарное предприятие "Институт химических реактивов и особо чистых химических веществ Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
силоксаны, краун-эфиры, полиимиды, поли(имид-силоксаны), полиимидная матрица, топливный элемент, мембраны для топливных элементов, протонная проводимость, термостойкость, стойкость к агрессивной среде.

Цель проекта:
1. Создание материалов, обладающих повышенной протонной проводимостью, термостойкостью, и стойкостью к агрессивным средам на основе полиимидной матрицы с включениями краун-эфиров и полисилоксанов для создания мембран топливных элементов (ТЭ). 2. Разработка лабораторного технологического регламента получения материалов, обладающих повышенной протонной проводимостью, термостойкостью, и стойкостью к агрессивным средам на основе полиимидной матрицы с включениями краун-эфиров и полисилоксанов для создания мембран топливных элементов. 3. Создание лабораторной установки для получения материалов, обладающих повышенной протонной проводимостью, термостойкостью, и стойкостью к агрессивным средам на основе полиимидной матрицы с включениями краун-эфиров и полисилоксанов для создания мембран топливных элементов (далее – материалов для мембран). 4. Разработка инновационных, ресурсосберегающих, конкурентоспособных технологий получения в промышленных масштабах на базе отечественного сырья полиимидных материалов с включением краун-эфиров и полисилоксанов, обладающих высокой ионной проводимостью, для создания мембран топливных элементов. 5. Создать предпосылки для конструирования топливных элементов с улучшенными техническими характеристиками для более эффективного преобразования химической энергии в электрическую и тепловую. 6. Способствовать активному внедрению топливных элементов с улучшенными техническими характеристиками, благодаря использованию полиимидных мембран с включением краун-эфиров и полисилоксанов, что позволит снизить экологическую нагрузку на природу, из-за отсутствия вредных выбросов в процессе работы ТЭ.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Выбрано и обосновано строение материалов для мембран
2. Методики получения и модификации исходных мономеров для выбранных материалов для мембран синтеза материалов на основе полиимидной матрицы.
3. Экспериментальные образцы мономеров и материалов для мембран
4. Проект ТУ материалов на материалы для мембран
5. Рекомендаций по выбору оптимального варианта состава материала для мембран
6. Лабораторный технологический регламент на материал для мембран.
7. Лабораторная установка для получения материалов для мембран
8. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
9. Проект технического задания на проведение на проведение ОТР по теме по теме «Разработка технологии получения материалов, обладающих повышенной протонной проводимостью, термостойкостью и стойкостью к агрессивным средам, на основе полиимидной матрицы с включениями краун-эфиров для создания мембран топливных элементов»

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Разработка технологии получения материалов для мембран должна учитывать, как требования, предъявляемые к функциональным материалам для ионообменных мембран (высокая степень проницаемости, селективность), так и расширенные условия эксплуатации данных устройств: широкий температурный диапазон, устойчивость к агрессивным химическим средам и климатическим воздействиям.
2. Материалы для мембран разрабатываются с целью применения в процессах изготовления протон-проводящих полимерных мембран. Материалы для мембран предполагается использовать в широком спектре устройств: топливных элементах, с высоким КПД и малыми выбросами углекислого газа, которые легко могут быть встроены в существующую энергетическую инфраструктуру, электрохромных устройствах, сенсорах и др.
3. Не менее чем 3 различных образца материалов для мембран должны обладать следующими свойствами:
-устойчивость в температурном диапазоне, град.С, -50... +90;
-протонная проводимость в воде, мСм/см, не менее 2,0;
-гидролитическая стабильность, ч, не менее 40;
-окислительная стабильность, ч, не менее 40.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разрабатываемые технологии и материалы могут найти свое применение в производстве электрической и тепловой энергии при помощи водородных топливных элементах.
2. В 2006 году было запущено в эксплуатацию около 100 новых автомобилей, автобусов, мотоциклов и т. д. на топливных элементах.
3. Мембраны созданные на основе разрабатываемого материала могут применяться для в ТЭ домашних энергетических станций. Домашние энергетические станции имеют мощность 0,75—1 кВт, предназначены для выработки электроэнергии в течение 8 часов в сутки и выработки тепла и горячей воды 24 часа в сутки. Установки мощностью 5 кВт предназначаются для нескольких коттеджей. Они зачастую предназначаются только для выработки электроэнергии. Популярность малых домашних комбинированных (электричество + тепло) установок связана с тем, что они имеют высокий КПД, малые выбросы углекислого газа, легко могут быть встроены в существующую инфраструктуру. Такая энергетическая установка занимает размер сравнимый с домашним бойлером, может работать на природном газе.
4. Так же, в последнее время, активно разрабатывается применение водородных и метанольных топливных элементов для переносных зарядных устройств: раций, мобильных телефонов, ноутбуков и т. п. Одним из основных потребителей могут являться армейские подразделения. Армии требуются легкие, ёмкие, бесшумные источники энергии.
5. Водородные топливные элементы с полимерными мембранами могут производить электрическую энергию для электродвигателя автомобиля. В сочетании с метал-гидридными аккумуляторными батареями водородные топливные элементы могут с успехом заменить двигатели внутреннего сгорания. Автомобиль не будет производить вредных выбросов в атмосферу и вместо угарного газа из выхлопной трубы будет выходить водяной пар.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках Проекта.
2. Произведен выбор и обоснование направления исследований
3. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
4. Выполнен обзор методов получения выбранных мономеров (диангидридов, модифицированных диаминов, модифицированных полисилоксанов, диаминокраун-эфиров)
5. Созданы и проанализированы ретросинтетические схемы синтезов и модификаций мономеров.
6. Выполнен обзор методов получения материалов для мембран.
7. Проведены маркетинговые исследования рынка исходных мономеров, необходимых для получения материалов для мембран.