Регистрация / Вход
Прислать материал

«Твердополимерные топливные элементы с
повышенной удельной мощностью на основе высокоэффективных
композитных нанокатализаторов»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0051
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
Руководитель работ
Забродский Андрей Георгиевич
Продолжительность работ
2009 - 2011, 28 мес.
Бюджетные средства
11,4 млн
Внебюджетные средства
2,85 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
11.06.2009 - 15.09.2009
В результате проведенных НИР по первому этапу разработано три лабораторных технологических метода формирования наноструктурированных каталитических материалов: метод лазерного электродиспергирования платины на поверхность оксидов металлов, метод платинирования углеродных нанотрубок, метод магнетронного сораспыления платины и графита. Методы подготовили базу для разработки каталитических слоев топливных элементов с повышенной удельной мощностью и эффективностью использования платины. Использованы оригинальные разработки ФТИ им. А. Ф. Иоффе, находящиеся на уровне мировых достижений и зачастую, превосходящие их.
Проведены работы по организации научно-образовательного центра, включающие: составление штатного расписания НОЦ и формирования штата НОЦ, выделение помещения для чтения лекций и лабораторных занятий по водородной энергетике, оснащение учебной лаборатории лабораторными стендами для изучения работы ТЭ в количестве 6 штук. Разработана научная программа дисциплины "Альтернативная энергетика " для подготовки магистров по программе "Физика и технология нано- и микросистем". Разработаны методические указания в рамках научно-образовательного процесса НОЦ.
Развернуть
2
16.09.2009 - 10.12.2009
Разработана методика измерения каталитической активности нанесенных катализаторов в реакциях окисления водорода, окисления метанола, восстановления кислорода (измерения в модельных условиях - в стандартных трехэлектродных электрохимических ячейках). Оценена каталитическая активность изготовленных образцов катализаторов Pt/МеО, Pt/УНТ и Pt/-С в анодной и катодной реакциях ТПТЭ. Разработана методика измерения площади доступной поверхности платины в каталитических слоях. Проведены работы по организации научно-образовательного центра по водородной энергетике, разработаны методики, программы и учебные пособия для обеспечения научно-образовательного центра. Разработана научная программа дисциплины "Альтернативная энергетика"; разработана лабораторная работа и методические указания «Основы работы топливных элементов».
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
- разработка технологии
изготовления катализаторов
Р1/УНТ с применением методов
функциализации УНТ (плазменная
обработка),
- проведение коррекции
технологии изготовления
каталитических систем,
измерение активности
катализаторов, изготовленных
по корректированной
технологии,
- разработка методов
формирования каталитических
слоев ТПТЭ (включая методы
электродиспергирования
каталитических чернил, спрэй-
метод, многослойные покрытия),
- проведение патентных
исследований.
- Разработка методик, программ
и учебных пособий для
обеспечения научно-
образовательного центра
Развернуть
4
01.07.2010 - 10.12.2010
Разработаны методы изготовления мембранно-электродных блоков (ключевой элемент в составе ТПТЭ). Методы включают: электродиспергирование каталитических чернил на протонпроводящую мембрану и спрэй-метод. Оба метода технологичны и в лабораторном исполнении имеют коэффициенты использования каталитического материала при распылении 62 и 75% для метода электродиспергирования и спрей-метода соответственно.
Разработаны методики измерения электрических характеристик МЭБ, включающие снятие и анализ разрядных кривых и импедансометрию.
Изготовлены мембранно-электродные блоки для различных составов каталитических слоев и измерены их основные электрические характеристики посредством снятия разрядных кривых и импедансометрии.
Проведены измерения электрических характеристик МЭБ по разработанным методикам; выявлены корреляции между параметрами МЭБ, структурой катализаторов и каталитических слоев.
Исследована взаимосвязь и выявлена корреляция между параметрами МЭБ и структурой катализатора и каталитических слоев. Показано, что благодаря добавке углеродных нанотрубок в каталитический слой МЭБ, создается более рыхлая структура слоя, снижается его газодиффузионное сопротивление, а также омическое сопротивление МЭБ. В результате этого увеличивается максимальная удельная мощность.
Создан МЭБ ТПТЭ, показавший максимальную удельную мощность 580 мВт/см2 при загрузке Pt 300 мкг/см2. Это оказывается важным шагом к достижению повышенной до 1 Вт/см2 удельной мощности.
Развернуть
5
01.01.2011 - 30.06.2011
- разработка методики
определения ресурса работы
МЭБ (и ТПТЭ),
- проведение предварительных
ресурсных испытаний,
- оптимизация структуры
катодного каталитического слоя
ТПТЭ по составу катализатора,
технологии нанесения
каталитического слоя, условиям
температурного и водного
баланса (выполняется на основе
результатов измерения
электрических и ресурсных
характеристик, с учетом
результатов моделирования
температурного и водного
баланса),
- оптимизация структуры
анодного каталитического слоя.
- измерение характеристик
оптимизированных структур.
Разработка методик, программ и
учебных пособий для обеспечения
научно-образовательного центра
Развернуть
6
01.07.2011 - 15.10.2011
1. Изготовлены экспериментальные образцы ТПТЭ
2. Проведены предварительные испытания экспериментальных образцов (электрические характеристики, ресурсные испытания)
3. Установлено отсутствие необходимости коррекции технологии, изготовлены зачетные образцы ТПТЭ и проведены их испытания
4. Проведена технико-экономическая оценка полученных результатов
5. Проведены патентные исследования
6. Подготовлен заключительный (итоговый) отчет по проекту
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2005, 1 мес.
Бюджетные средства
0,36 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Организация
ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"
профинансировано
Продолжительность работ
2011 - 2013, 25 мес.
Бюджетные средства
11,5 млн
Организация
ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"
профинансировано
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области создания энергоэффективных компактных источников тока мощностью не менее 50 Вт на основе твердополимерных топливных элементов.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 15 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка и создание опытно-промышленного производства энергетических установок на топливных элементах (твердополимерных и твёрдооксидных) для автономной резервной и аварийной энергетики
Продолжительность работ
2007 - 2009, 26 мес.
Бюджетные средства
240 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка технологий, создание энергоустановок модульного типа на основе твердополимерных топливных элементов, включая инфраструктуру
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
70 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов синтеза высокоэффективных композиционных мембранных элементов для глубокой очистки водорода.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка научно-технических решений по созданию обратимых топливных элементов с твердым полимерным и твердым оксидным электролитом, создание и испытание лабораторных образцов модулей обратимых топливных элементов мощностью 0,5 кВт
Продолжительность работ
2008 - 2009, 17 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
2