МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Целью настоящей научно-исследовательской работы является разработка материалов и технологий водородной энергетики. В рамках НИР проводятся работы по трем направлениям: 1. Разработка лабораторных прототипов каталитических мембранных реакторов (КМР) конверсии углеводородов для получения водорода. 2. Разработка лабораторных образцов высокотемпературных твердооксидных электролизеров для получения водорода. 3. Создание технологии глубокой очистки водорода с помощью водород-проницаемых мембран на основе палладий содержащих и никелевых сплавов. В ходе выполнения промежуточного 2 этапа НИР получены следующие научные результаты. С помощью метода фазовой инверсии изготовлены микротрубчатые мембраны состава La0.4Sr0.6Fe1-xMxO3-δ (LSFM, M=Nb, Mo, W), обладающие кислородными потоками в градиенте воздух/аргон и T=960 oC на уровне 0.5 мл·мин-1·см-2. Показано, что модификация поверхности полученных мембран путем нанесения пористых слоев, серебра, кислотного травления и путем активации поверхности с помощью обработки в восстановительной атмосфере приводит к увеличению кислородных потоков в 1.3-2.5 раза. Проведенные исследования получения водорода путем парциального окисления метана в каталитическом реакторе с мембранами на основе LSFM5 оксида показали, что при нанесении никеля на поверхность мембраны конверсия метана достигает значений около 95%, а селективности по СO и H2 имеют значения 77% и 62%, соответственно. Отработана методика получения микротрубчатых единичных элементов высокотемпературных твердооксидных электролизеров (ТОЭ) водяного пара. Измерения вольт-амперных характеристик элементов с катодами на основе La0.5Sr0.5Fe0.8Со0.2O3-δ – Ce0.8Sm0.2O2 (LSCF-SDC) и La2NiO4 – Ce0.8Sm0.2O2 (LNO-SDC) показали, что удельная пиковая мощность при 850 оС составила 503 и 713 мВт/см2, соответственно. Для единичного элемента с LNO-SDC проведены испытания в качестве топливного элемента (генератора электроэнергии) и электролизера воды (генератора водорода). Исследована водородная проницаемость плотных металлических мембран на основе никеля и сплава палладия. Для мембран на основе сплава палладия увеличение температуры в интервале 350–500 оС и давления в интервале 3–6 атм. способствует повышению степени извлечения водорода мембраной, а увеличение скорости потока газовой смеси приводит к снижению скорости извлечения.