«Розвиток наукових засад отримання, зберігання та використання водню в системах автономного енергозабезпечення»

Дослідження процесів та удосконалення конструктивних і технологічних параметрів електролізних систем високого тиску для геліоводневих автономних установок енергозабезпечення

Сканівна електронна мікроскопія, що демонструє мікроструктурні особливості дослідженого анодного матеріалу 8YSZ–NiO:
а – вихідний стан;
б - кермет після однократного відновлення у воденьвмісній газовій суміші.

Області застосування

Розробка матеріалів з урахуванням їх мікроструктурних особливостей і фізико-механічних властивостей за впливу відновлювальних і окиснювальних робочих середовищ твердооксидних паливних комірок (ТОПК) водневої енергетики, які в подальшому будуть використані в різних галузях господарства України, зокрема на підприємствах ТОВ Віраж, ТОВ UA Technology, КБ «Південне» у енергетичних системах для безпілотних літальних апаратів.

Короткий опис

Встановлення закономірностей зміни структурно-фазового стану та жароміцності, водневотривкості і електропровідності матеріалів ТОПК на основі титанових композитів за дії відновлювального і окиснювального середовищ. Дослідження впливу структурно-фазового стану композитного анода та з’єднувальних елементів на основі титанових композитів з функціональними покриттями на жароміцність, водневотривкість і електропровідність цих матеріалів. Вибір оптимальних матеріалів для досліджуваних елементів ТОПК.

Очікувані властивості

Отримані науковцями НАН України результати дослідження матеріалів для виготовлення анодів і з’єднувальних елементів ТОПК створюють науково-технологічну базу для виготовлення в Україні облегшених джерел електроенергії, зокрема для авіакосмічної і автомобільної промисловості. Для підвищення економічної ефективності застосування ТОПК необхідно забезпечити їх роботоздатність за використання вуглеводневого палива, наприклад, природного газу, біогазу тощо.

Переваги

Внаслідок застосування технології redox-обробки дослідних зразків анодного матеріалу підвищується його міцність на 12–60%, а електропровідність на 50–300%. Впровадження для з’єднувальних елементів матеріалу МАХ-фази титану дозволяє отримати порівняно з традиційними хромистими феритними сталями типу Crofer переваги за густиною, високою об’ємною електропровідністю, значно вищим температурним діапазоном поверхневої жаростійкості, високою стійкістю до дії водневого середовища. Пропонований матеріал хімічно стабільний, тоді як сталі Crofer схильні до утворення летких сполук хрому, які обумовлюють деградацію катода ТОПК. Низька густина пропонованого матеріалу особливо важлива для ТОПК автомобільного і аерокосмічного призначенння.

Конкуренти

Стан розробки

Показано, що перспективним для виготовлення тонкостінних (≈0,5 мм) анодів-підкладок ТОПК є матеріал системи 8YSZ–NiO, отриманий методом стрічкового литва. Можна очікувати підвищення його фізико-механічних властивостей після redox-циклування в суміші Ar–5%H₂. Встановлено, що перспективним матеріалом для виготовлення з’єднувальних елементів ТОПК є композит на основі Ti₂AlC, який має вищу жаростійкість порівняно з композитом на основі Ti₃AlC₂. Кандидатними матеріалами для таких елементів є також спечені композити системи Ti–Si–C і литі сплави системи Ti–Al. Встановлено, що за міцністю у повітрі і високотемпературному (600ºС) водневому середовищі та жаростійкістю у повітрі при 600ºС такі матеріали переважають феритні сталі типу Crofer, які традиційно використовують для з’єднувальних елементів ТОПК. Композит на основі титану дозволяє знизити їх вагу майже у 2 рази. Проте необхідно розробити технологію отримання тонкостінних (≈0,5 мм) з’єднувальних елементів з досліджених титанових матеріалів.

Інтелектуальна власність

Контактна інформація

Виконавець:

Проект №15 «Розроблення та дослідження матеріалів для анодів та з’єднувальних елементів полегшених твердооксидних паливних комірок»

Контактна особа:

Teл. +38 032 263 51 00

Е-mail: fmidep17@gmail.com