Разработка научно обоснованных путей оптимизации мощностных и массогабаритных характеристик батарей ТОТЭ планарной конструкции и создание топливного процессора для высокоэффективных транспортных и стационарных энергоустановок

Проект был нацелен на разработку подходов к оптимизации батарей планарных твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и создание топливного процессора для высокоэффективных мобильных и стационарных энергоустановок. В ходе выполнения проекта синтезирован широкий спектр новых электродных материалов ТОТЭ и катализаторов, проведены детальные исследования их функциональных свойств, включая изготовление и тестирование топливных элементов. С помощью комбинированной “in-situ” методики, объединяющей спектроскопию комбинационного рассеяния света (КРС) и традиционные электрохимические методы, выполнены исследования механизмов конверсии углерод-содержащих топлив на многокомпонентных катализаторах конверсии в синтез-газ, восстановления никеля в композиционных анодных слоях ТОТЭ и несущих анодных подложках планарных ТОТЭ, а также поведения защитных слоев ТОТЭ на основе диоксида церия. Отработан процесс осаждения тонких пленок твердого электролита и других компонентов планарных ТОТЭ с помощью методов магнетронного распыления и аэрозольного напыления. Изучены характеристики ТОТЭ анод- и металл-поддерживаемых конструкций с тонкопленочными электролитами различных составов. Разработаны и верифицированы модели функционирования ТОТЭ с использованием водород- и углеводород-содержащих топлив, позволяющие рассчитывать эффективность и возможную деградацию топливных элементов в широком интервале температур и типов восстановительных газовых смесей. Для расширения спектра потенциальных топлив ТОТЭ, были разработаны и протестированы высокоэффективные катализаторы паровой конверсии диметоксиметана, парциального окисления диметилового эфира и разложения метанола. Предложена схема топливного процессора получения синтез-газа из метанола, природного газа и пропан-бутановой смеси. На ее основе изготовлены реформеры и топливные процессоры для получения синтез-газа, достаточного для обеспечения работы энергоустановки на базе ТОТЭ мощностью ~0.5 кВт. Разработана методика термомеханического анализа батареи ТОТЭ в приближении эффективных (гомогенизированных) сред. Проведена адаптация мультифизической модели батареи для расчета механических напряжений, что позволяет выявлять элементы, приближающиеся к пределу прочности.