Исследование мембранно-электродных блоков нового

ПАСПОРТ
и нно вац ионно го про ек та
.
1. Полное наименование проекта: Исследование мембранноэлектродных блоков нового поколения для химических источников
тока
2. Краткое описание (аннотация) проекта
Основу
топливного
элемента
(ТЭ)
составляют
единичные
электрохимические ячейки, объединённые в батарею. В них энергия
химической реакции (взаимодействия топлива и окислителя, подводимых к
аноду и катоду соответственно) превращается в электрическую энергию, в
результате чего во внешней цепи протекает электрический ток. Основными
функциональными элементами единичной ячейки твердополимерного
топливного
элемента
являются
протон-проводящая
мембрана,
каталитические и газодиффузионные слои электродов и биполярные
пластины. От характеристик каждой составляющей мембранноэлектродного блока (МЭБ) зависит работа ТЭ в целом. Поэтому важно
исследовать свойства отдельных компонентов мембранно-электродных
блоков и улучшать их характеристики.
В рамках выполнения данного проекта получены нанокомнозитные
ионообменные мембраны нового поколения с оптимизированным набором
транспортных и структурных характеристик, предназначенные для
применения в топливных элементах в качестве твердого электролита.
Образцы являются примером нанокомпозитных полимерных мембран с
введением электронпроводящего полимера (полианилина) или металлической
дисперсии Pt в матрицу мембраны МФ-4СК. Оригинальный характер синтеза
заключается в использовании отечественной мембраны МФ-4СК в качестве
нанореактора для проведения синтеза полианилина и металлических
дисперсий. Использование новых композитных материалов в качестве
твёрдого полимерного электролита в мембранно-электродных блоках в
водородно-кислородном топливном элементе приведёт к увеличению
производительности системы по сравнению с применением исходной
мембраны МФ-4СК (Россия) или Nafion (США). Этот результат достигается
благодаря решению проблемы водного менеджмента, стабилизации
протонной проводимости (до 5 См/м) и повышению термостабильности
композитного мембранного материала (до 130ºС) за счёт модифицирующих
добавок.
Также
предлагается
применить
в
ТЭ
вместо
пористого
газодиффузионного электрода с нанесенным платиновым катализатором цельнометаллического тонкого (2-15 мкм) газодиффузионного электрода из
сплавов палладия с некоторыми d- и f- металлами, обладающими хорошей
проницаемостью по водороду, малой склонностью к дилатации, хорошими
механическими свойствами - пластичностью, термостойкостью и т.д.,
например содержащими Ag, Cu, La, Nd, Y, Sm. В качестве кислородного
(воздушного) электрода предполагается использовать стандартный
пористый газодиффузионный электрод. Вышеописанное изменение
конструкции водородного электрода позволит использовать в ТЭ жидкий
щелочной или кислотный электролит и при этом гарантированно разделить
реагенты на электродах, устранить промокаемость пористого электрода,
повысить электропроводность электролита и устранить проблему высокого
контактного сопротивления на границе электрод/электролит. Кроме того
палладий является катализатором электродного процесса по всей
двухфазной границе и электрод не требует дополнительного нанесения
катализатора.
3. Продукт(ы)
проекта (объект
коммерциализации)
Будут получены нанокомнозитные
материалы на основе мембраны МФ4СК и полианилина и/или дисперсии Pt
с
оптимизированным
набором
транспортных
и
структурных
характеристик,
а
также
цельнометаллический
газодиффузионный
палладийсодержащий
водородный
электрод и создан топливный элемент
на их основе.
4. Уровень зрелости
проекта
– НИР
5. Финансировались ли работы
заявителя по данному
направлению ранее
Нет
6. Какие предприятия могут
быть заинтересованы в
результатах проекта
В ближайшей перспективе ТЭ будут
выступать
как
альтернатива
традиционным источникам энергии. У
них есть своя ниша потребления,
которая, по мере развития технологии,
будет расширяться. Темп этого
развития во многом зависит от цены на
углеводороды
и
обострения
экологических проблем. Топливные
элементы
на
основе
цельнометаллических
газодиффузионных электродов из
палладиевых
сплавов
и
нанокомпозитных материалов, как
источники малой мощности (100-500
Вт), заменят популярные бензиновые и
дизельные
генераторы
и
вспомогательные источники питания в
полевых, походных, экспедиционных
условиях. Разрабатываемые нами ТЭ
требуются Научно-производственным
центрам
«Новые
промышленные
технологии»
и
«Технологии
современных
химических
производств»
бизнес-инкубатора
ФГБОУ ВПО КубГУ.
7. Патентная защита
основных технических
решений проекта (можно
отметить
несколько)
№ 2411070
8. Проводилась ли ранее
экспертиза проекта
Нет
9. Предполагаемое место
реализации проекта
Краснодарский край
10. Срок реализации
проекта
– длительность
инвестиционной
стадии (мес) - 24;
– срок возврата инвестиций – от даты
начала проекта (мес) – 28
11. Полная стоимость (бюджет)
проекта, (руб.)
700 000 руб.
12. Наличие соинвестора
Нет
13. Основные соинвесторы
проекта и объем (руб.) их
участия
Нет
14. Прогнозируемые риски
проекта
Риски
проекта,
связанные
с
коммерциализацией включают:
- финансовые риски, связанные с
проведением
любых
финансовых
операций;
- риски, связанные непосредственно с
производственной деятельностью, т.е.
несанкционированное использование
интеллектуальной
собственности
конкурентами.
15. Уровень
инновационности
проекта (можно
отметить несколько строк)
получены
нанокомнозитные
ионообменные
мембраны
нового
поколения
с
оптимизированным
набором транспортных и структурных
характеристик
–
стабилизации
протонной проводимости (до 5 См/м) и
повышению
термостабильности
композитного мембранного материала
(до
130ºС)
за
счёт
введения
модифицирующих
добавок
в
отечественную мембрану МФ-4СК.
-разработана новая экспериментальная
методика получения тонких пленок
палладиевых сплавов Pd-Ag методом
магнетронного напыления из простых
чистых компонентов и получены
сплавы
Pd/Ag
с
различными
концентрациями исходных веществ.
16. Сведения
об инициаторе
(разработчике)
проекта:
(в случае наличия указывается
информация
о юридическом/ физическом
лице)
ФГБОУ
ВПО
«Кубанский
государственный университет»
Адрес:
350040,
г.
Краснодар,
ул.
Ставропольская, 149
Авторы:
Шкирская С.А., к. х. н., доцент;
Кононенко Н.А., д. х. н., профессор;
Болотин С.Н., к. х. н., доцент;
Фалина И.В., к.х.н., ст. преподаватель;
Пикула А.А., мл. научн. сотр.;
Лоза Н.В., к. х. н., доцент;
Фоменко М.А., к. х. н., научн. сотр.;
Петриев И.С., мл. научн. сотр.;
Долгополов С.В., к. х. н., инженер;
Шлапаков М.С., инженер.
Контактная информация:
350040, ул. Ставропольская, 149,
факультет
химии
и
высоких
технологий
и
географический
факультет, тел. (861) 219-95-01, e-mail:
tp@kubsu.ru