Формирование научно-технологического задела по созданию энергоустановки, совмещенной с каталитическим риформером и сочетающей компактность, высокую эффективность и быстроту запуска.

Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы эффективного преобразования химической энергии органического (ископаемого, синтетического и возобновляемого) топлива в электроэнергию с использованием электрохимических генераторов, которая непосредственно связана приоритетом Стратегии научно-технологического развития РФ: «переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии». В результате выполнения проекта сформирован научно-технологический задел и разработана перспективная технология для создания эффективных компактных электрохимических генераторов (ЭХГ) на основе микротрубчатых твердооксидных топливных элементов (МТ ТОТЭ), которые обеспечат преодоление существующих в мире технологических барьеров для автономных источников электропитания и опережающее развитие сквозной технологии «Новые и мобильные источники энергии». Реализация проекта способствует созданию целой отрасли новых источников электропитания и целевых устройств, предназначенных для широкого спектра стационарных и мобильных применений. Научными задачами проекта являются: - повышение эффективности электрохимических процессов конверсии энергии топлива в электроэнергию на основе разработки новых электродных материалов для МТ ТОТЭ; - повышение эффективности преобразования топлив в водородсодержащие газовые смеси на основе разработки композитных каталитических материалов и устройств на их основе. Для решения поставленных задач: - разработаны новые электродные материалы (катодные и анодные) для МТ ТОТЭ, а также подходы к формированию электродов, эффективных в контакте с кислород-проводящими твердыми электролитами, в т.ч. в условиях пониженных температур; - проведен сравнительный анализ скорости кислородного обмена и электропроводности электродных материалов; - проведен анализ термодинамических и транспортных свойств, в том числе, исследовано равновесие дефектов и перенос заряда в электродных материалах в широком интервале активности кислорода; - разработаны единичные МТ ТОТЭ, обеспечивающие компактность, высокую удельную мощность, стабильность, устойчивость к термоциклированию и короткое время выхода на рабочий режим для энергоустановок на их основе; - изучены факторы, определяющие эффективность электрохимической конверсии топлива в электроэнергию с учётом реальных газодинамических процессов в образцах электрохимических генераторов; - изучен механизм и кинетика каталитических процессов риформинга топлив; - исследованы закономерности протекания реакций парциального окисления и автотермической конверсии метана, пропан-бутановой смеси, бензина и метилаля в водородсодержащий газ на композитных катализаторах. Применены анодные газы для проведения конверсии топлив; - разработан мультитопливный масштабируемый катализатор и реакторный блок для получения водородсодержащего газа из различных органических топлив (природный газ, пропан-бутановая смесь, бензин и метилаль) для питания сборок МТ ТОТЭ различной мощности; - изучена возможность внешней конверсии органических топлив в микротрубчатых каталитических мембранных реакторах (МТ КМР) и внутренней конверсии в МТ ТОТЭ; - оптимизирована конструкция внешнего и внутреннего каталитического риформера, а также сборки единичных МТ ТОТЭ с привлечением методов математического моделирования; - повышены эксплуатационные характеристики ЭХГ-МТ ТОТЭ за счет выяснения механизмов деградации функциональных материалов и слоев МТ ТОТЭ в зависимости от внешних условий и найти пути повышения их стабильности; - разработаны новые функциональные материалы для коммутации единичных МТ ТОТЭ в батарее и исследована их стабильность в зависимости от внешних условий (температура, состав газовой фазы); - разработаны научные основы формирования ключевых компонентов МТ ТОТЭ и материалов для их коммутации с использованием методов 3D печати; - создан лабораторный прототип энергоустановки на основе МТ ТОТЭ; - создан технологический задел для освоения производства линейки новой продукции силами индустриального партнера – компактных ЭХГ в диапазоне мощностей до 15 кВт (на модуль) для энергоснабжения мобильных и стационарных устройств.