Перспективные устройства генерирования энергии на основе топливных элементов с мембранами из кислых солей

Проект направлен на решение одной из наиболее важных задач водородной энергетики – создание среднетемпературных топливных элементов (ТЭ) нового типа. Значительный интерес к среднетемпературным ТЭ (130-350°С) с мембранами из твердых электролитов обусловлен оптимальной рабочей температурой с точки зрения энергозатрат, чистоты топлива, водного менеджмента и использования недорогих конструкционных материалов. Однако использование ТЭ данного температурного диапазона сдерживается отсутствием разработанных материалов мембран, удовлетворяющих ряду требований: высокая протонная проводимость при низкой электронной составляющей, механическая прочность, низкая газопроницаемость, термическая и химическая устойчивость. Наиболее перспективными являются протонпроводящие мембраны на основе кислых солей щелочных металлов с общей формулой MxHy(AO4)p (M=Cs, Rb, K, Na, Li, NH4; A=S, Se, As, P), для которых характерен фазовый переход в суперионное состояние с высокой протонной проводимостью (~10-2 См/см). В 2001 г. была показана возможность создания ТЭ с мембранами из кислых солей Solid Acid Fuel Cell (SAFC). Для достижения более эффективной и стабильной работы водород-воздушных ТЭ на основе кислых солей необходимо увеличить газоплотность мембран, уменьшить толщину для снижения омических потерь, усовершенствовать состав электродных композиций, а также способов их нанесения, обеспечить эффективный отвод воды с катода. Исследования новых перспективных полимерных систем, проведенные в последнее время, позволили синтезировать тонкие прочные мембраны, сочетающие в себе гибкость и гидрофобность с высокой протонной проводимостью. Поиск эффективных электродных композиций и создание высокой и устойчивой во времени трехфазной границы "электролит-электрод-газ", обеспечивающей высокие электрохимические характеристики ТЭ, является исключительно важной и многофакторной задачей для развития технологии создания SAFC. Данный проект, направленный на оптимизацию состава мембран, исследование электродных композиций, механизмов процессов на межфазных границах, позволит создать не только базу фундаментальных знаний в области ионики твердого тела, но и приблизит эти системы к реальному использованию.