АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ФОРМИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛЬНОЙ БАЗЫ ДЛЯ БРОМНО-ОРГАНИЧЕСКОЙ ПРБ

В результате выполнения работ первого этапа были проведены следующие работы и получены следующие результаты:1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, в том числе обзор научных информационных источников: статей в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографий и патентов. В рамках проведенного обзора рассмотрены известные методы запасания и регенерации электроэнергии. Особый упор сделан на анализ электрохимических устройств с жидкими электроактивными компонентами (проточных редокс-батарей). Сопоставлены их основные характеристики – хранимая энергия, удельная мощность разряда и приведены оценки капитальных затрат на 1 кВтч хранимой энергии. Обоснован выбор бромно-органической ПРБ в качестве основы для разрабатываемого устойства.2. Проведен анализ природы и состава компонентов растворов восстановительной и окислительной сред для обеспечения наиболее высокой плотности хранимой энергии и удельной мощности разряда, интервала температур устойчивого жидкого состояния, а также необходимой химической стабильности. Данный анализ выполнен на основании литературных данных о растворимости компонентов редокс-пар, собранных членами коллектива исполнителей проекта. В результате обнаружено, что антрахинондисульфокислота в сочетании с раствором HBr/Br2 способны обеспечить требуемую разрядную мощность и обладают достаточной химической стабильностью, однако в целях повышения плотности хранимой энергии целесообразно рассмотреть использование броматов в качестве компонента окислительной среды. 3. Проведен выбор материалов для мембранно-электродного блока (МЭБ) разрабатываемой проточной редокс-батареи (ПРБ), способных обеспечить протекание целевых э/х реакций в оптимальном режиме и обладающих достаточной устойчивостью к агрессивным компонентам окислителя. В результате собранных литературных данных установлено, что углеродные войлоки и бумаги марок Sigracet и Toray после определенной подготовки поверхности могут быть использованы в качестве электродов. Поскольку перенос тока между католитом и анолитом осуществляется ионом водорода, наилучшим материалом для сепаратора следует считать перфторированную сульфокатионообменную мембрану (например, Nafion), ее толщина является компромиссом между требуемой мощностью разряда и минимизацией кроссовера. Для обеспечения требований ТЗ на разрабатываемое устройство наиболее перспективной представляется мембрана марки Nafion 212 толщиной ~50мкм. 4. Выполнен выбор материалов и компонентов для вспомогательных узлов и агрегатов бромно-органической ПРБ, находящихся в контакте с растворами окислителя и восстановителя с учетом химических свойств испол-ьзуемых реагентов. Поскольку наибольшей коррозионной активностью обладает раствор окислителя HBr/Br2, в основу выбора материалов положены литературные данные о химической стабильности различных материалов в контакте с концентрированными растворами кислот, бромной водой и жидким бромом. Установлено, что конструкционные элементы, требующие высокой механической прочности и электропроводности (токосъемные пластины, концевые пластины, и т.п.) следует изготавливать из сплавов марки хастеллой или титана, трубопроводы и запорную арматуру – из перфторированных пластиков PFA и PVDF, сжимаемые и упругие элементы (герметизирующие прокладки и мембрана насосов) – из PTFE и перфторированного каучука Viton. Рассмотрены и сопоставлены характеристики различных насосов, способных обеспечить прокачку электроактивных сред. Выбор остановлен на мембранных насосах, приводится ряд производителей, осуществляющих поставки подходящих устройств на территорию РФ.5. В соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 проведены патентные исследования с целью выявления уровня техники по накопителям электроэнергии на основе бромно-органических проточных редокс-батарей и их ближайших аналогов. Также данные исследования проведены с целью избежания возникновения факта нарушения прав интеллектуальной собственности третьих лиц в результате выполнения работ по проекту и получения РИД в рамках проекта на последующих этапах.6. В рамках внебюджетного финансирования работ были проведены мероприятия по закупке оборудования для изготовления экспериментальных образцов бромно-органической ПРБ. 7. В рамках внебюджетного финансирования были проведены мероприятия по закупке расходных материалов для исследовательских испытаний.