Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0143

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0143
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Название доклада
Разработка принципов и оптимизация условий функционирования электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной H2 / BrO3- полимер-электролитной редокс-батареи
Докладчик
Пичугов Роман Дмитриевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Создание прототипа полностью функционального устройства, осуществляющего электрохимическое окисление бромид-содержащих соединений для получения исходного, пригодного к повторному применению в проточной водородно-броматной редокс-батарее окислителя:
(1) Построение принципиальной схемы замкнутого энергетического цикла с использованием бромат-бромидной редокс-реакции и определение требуемых составляющих ее агрегатов.
(2) Исследование кинетики электроокисления бромид-содержащих растворов в условиях, моделирующих функционирование электрохимического реактора регенерации окислителя проточной броматной редокс-батареи.
(3) Создание экспериментального прототипа реактора электроокисления бромид-содержащих растворов и определение эффективности его функционирования в различных режимах.
(4) Анализ применимости реактора в стационарных и переносных регенерационных установках.
Актуальность и новизна исследования
Хотя идея проточных батарей далеко не нова, широкое практическое применение проточных батарей в стационарных приложениях до сих пор сдерживалось низкой плотностью тока для большинства предложенных реакций (например, ванадиевые проточные батареи работают при 50 мВт/см2), что приводит к неконкурентноспособно высокой стоимости мощности в применении к стационарному хранению энергии. В случае транспортных и мобильных приложений, для которых терпима более высокая стоимость энергии на цикл, традиционные проточные батареи не находят рыночной ниши из-за их низкой удельной энергии (тяжёлого веса). Для стационарных приложений в настоящее время наиболее перспективными считаются водород-бромные проточные батареи, для которых недавно были продемонстрированы площадные мощности 0,5 Вт/см2. В настоящее время, разработка водород-бромных проточных батарей
профинансировано многомиллиоными грантами в США Однако, проникновение водород-бромных батарей на рынок стационарных энергетических приложений (например, для резервного питания и для хранения прерывистой возобновляемой
энергии от ветряных мельниц и солнечных батарей) сдерживается коррозионной опасностью брома, кроссовером брома через мембрану и, в случае батарей рассчитанных на многочасовую работу, сравнительно высокой стоимостью брома. Использование бромата (лития),
уже продемонстрированное в наших работах ранее в качестве катодного процесса в полимер-электролитных мембранных проточных батареях (ПЭМПБ), решает все вышеупомянутые проблемы, вызванные использованием брома, в стационарных и мобильных приложениях.
Описание исследования

К настоящему времени наша группа продемонстрировала только процесс регенерации бромата из бромида (с использованием стандартного оборудования для неорганического синтеза и характеризацией продуктов методом электроспрей-масс-спектроскопии). Предложенный проект направлен на демонстрацию устройств(а) регенерации. В ходе его реализации планируется создание лабораторных прототипов электрохимического реактора заряда, по крайней мере на уровне 1 Вт, осуществляющего окисление бромид-аниона согласно реакции 2Br- + 2e = Br2 в условиях, когда образующийся бром диспропорционирует в присутствии буфера (например, ацетата) согласно уравнению 3Br2 + 6OH- = BrO3- + 5Br- + 3H2O, образуя требуемый бромат. В ходе работы будет изменятся структуры проточных полей и сборок мембрана-электрод. Прототипы будут охарактеризованы с целью определения факторов лимитирующих мощность на единицу активной площади с целью достижения 1 Вт/см2.

 

Результаты исследования

Исследована возможность получения бромат-аниона в результате реакции диспропорционирования брома, генерируемого на электроде посредством  окисления бромида в щелочном растворе. Известно, что скорость такого диспропорционирования повышается с ростом рН среды, тогда как для сохранения общей энергоэффективности цикла разряд-регенерация (бромат-бромид-бромат), регенерацию выгодно проводить в нейтральных или слабощелочных  средах – так минимизируются затраты тока на нейтрализацию отработанного окислителя в специальном реакторе. Исследования проводили методом ВДЭК, сравнивая коэффициенты улавливания генерируемого диском брома  на кольце в растворах с разным значением рН. Было установлено, что в концентрированном растворе карбоната натрия окисление бромида на диске приводит к снижению коэффициента улавливания образовавшегося брома на кольце на 12% по сравнению с кислым раствором. На основании проделанной работы сделан вывод о возможности использования слабощелочных сред для проведения электрохимической регенерации окислителя водородно-броматной батареи.Тематика данного проекта обладает патентной чистотой. Отчет о патентных исследованиях проводился по теме регенерации бромид-содержащих растворов.  

Практическая значимость исследования
Проточные редокс батареи представляют перспективное направление в электрохимической энергетике, так как в отличие от других электрохимических источников тока для работы не требуют использования драгоценных, дефицитных или опасных веществ. Однако, широкое практическое применение проточных батарей как в стационарных, так и мобильных приложениях до сих пор ограничено низкой плотностью тока для большинства известных реакций, использующихся в таких системах, что приводит к недостаточной мощности последних. В попытках уйти от данной проблемы недавно были предложены проточные батареи нового типа - водород-броматные батареи. Однако такие системы, несмотря на выдающиеся мощностные характеристики, не являются безотходными, т.к.
используют в качестве основного окислителя бромат, который, необратимо реагируя в ходе реакции конпропорционирования, превращается в отработанный и нуждающийся в регенерации продукт. Разрабатываемая технология позволит решить проблему утилизации отработанного продукта на основе бромсодержащих соединений, использующихся в таких проточных батареях и позволит замкнуть водородно-броматный знергетический цикл, приблизив тем самым перспективы и обрисовав контуры его внедрения в народное хозяйство для решения задач не только генерирования, но и транспортировки и хранения электроэнергии.