Молодежный вестник ИрГТУ (12+)
Поиск по сайту

Топливные элементы с полимерной протонообменной мембраной

Верхозина Юлия Андреевна

2020 / Том 10 № 2 2020 [ Химия и металлургия ]

Технологии топливных элементов (ТЭ) предлагают реальную альтернативу для производства электрической энергии, которая способна удовлетворить самые разнообразные потребности при мобильных и стационарных обслуживаниях, где используются современные технологии. Топливные элементы преобразуют химическую энергию в электрическую из топлива (водорода) и окислителя (кислорода воздуха) через окислительно-восстановительные реакции. Низкотемпературные топливные элементы (20-120 °C), в частности топливные элементы с полимерной электролитной (протонообменной) мембранной (PEMFC), специально разработаны для портативных применений. Средне- (200-600 °C) и высокотемпературные (до 1000 °C) топливные элементы предназначены для стационарных служб. Во время работы ТЭ с протонообменной мембранной происходят многочисленные физические, электрохимические, кинетические и электрические процессы. Топливные элементы с протонообменной мембраной могут прийти на смену современным двигателям внутреннего сгорания и стать практически возможным кандидатом на применение в автомобильной промышленности, особенно в робототехнике и беспилотных летательных аппаратах. Одним из основных компонентов топливного элемента является электролит. Твердые электролиты на основе оксидов и полимерные электролиты наиболее предпочтительны по сравнению с жидкими. Повышение эффективности протонного обмена мембраны твердополимерного ТЭ является основной проблемой, которую необходимо решить для коммерциализации.

Ключевые слова:

топливные элементы,протонпроводящие мембраны,электролит,катализатор,fuel cells,proton conducting membranes,electrolyte,catalyst

Библиографический список:

  1. Yan Cao, Yujia Wu, Leijie Fu, Kittisak Jermsittiparsert, Navid Razmjooy. Multi-objective optimization of a PEMFC based CCHP system by meta-heuristics // Energy Reports. 2019. Vol. 5. P. 1551-1559. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.10.029
  2. Walkowiak-Kulikowska J., Wolska J., Koroniak H. Polymers application in proton exchange membranes for fuel cells (PEMFCs) // Physical Sciences Reviews. 2017. Vol. 2. № 8. P. 1-2. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1515/psr-2017-0018
  3. Abd Rahman S.N., Masdar M.S., Rosli M.I., Majlan E.H., Rejab S.A.M., Lye C.C. Simulation of PEMFC Stack for Portable Power Generator Application // Jurnal kejuruteraan. 2018. Vol. 1. № 1. P. 1-10. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.17576/jkukm-2018-si1(1)-01
  4. Liangzhen Yin, Qi Li, Tianhong Wang, Lu Liu, Weirong Chen. Real-time thermal Management of Open-Cathode PEMFC system based on maximum efficiency control strategy // Asian Journal of Control. 2019. Vol. 21. № 4. P. 1796-1810. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1002/asjc.2207
  5. Hanqing Yang, Shihan Li, Qi Li, Weirong Chen. Hierarchical distributed control for decentralized battery energy storage system based on consensus algorithm with pinning node // Protection and Control of Modern Power Systems. 2018. Vol. 3. P. 1-9. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1186/s41601-018-0081-5
  6. Rui Ma, Tao Yang, Breaz E., Zhongliang Li, Briois P., Fei Gao. Data-driven proton exchange membrane fuel cell degradation predication through deep learning method // Applied Energy. 2018. Vol. 231. P. 102-115. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.111
  7. Cao L., Loo K.H., Lai Y.M. Frequency-adaptive filtering of low-frequency harmonic current in fuel cell power conditioning systems // IEEE Transactions on Power Electronics. 2015. Vol. 30. № 4. P. 1966-1978. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2323398
  8. Dickinson E.J.F., Hinds G. The Butler-Volmer Equation for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) Electrode Kinetics: A Critical Discussion // Journal of The Electrochemical Society. 2019. Vol. 166. № 4. P. 221-231. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1149/2.0361904jes
  9. LU Lu, WU Lei, SHI Ji-cheng, XU Hong-feng, CONG Tao-quan. Preparation and characterization of anti-flooding functional Pt/C catalyst for PEMFC // Journal of Materials Engineering. 2019. Vol. 47. № 6. P. 63-69. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000379
  10. Junye Wang. Pressure drop and flow distribution in parallelchannel of configurations of fuel cell stacks: U-type arrangement // International Journal of Hydrogen Energy. 2008. Vol. 33. № 21. P. 6339-6350. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.08.020
  11. Fatemeh Mollaamin, Thu Thi Pham, Dung My Thi Dang, Majid Monajjemi, Chien Mau Dang. Modelling and Controlling of ion transport rate efficiency in Proton exchange membrane (PEMFC), alkaline (AFC), direct methanol (DMFC), phosphoric acid (PAFC), direct forming acid(DFAFC) and direct carbon (DCFC) fuel cells // Biointerface Research in Applied Chemistry. 2019. Vol. 9. № 4. P. 4050-4059. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.33263/BRIAC94.050059
  12. Weber A.Z., Newman J. Modeling Transport in Polymer-Electrolyte Fuel Cells // Chemical Reviews. 2004. № 104 (10). P. 4679-4726. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1021/cr020729l
  13. Reza Omrani, Huy Quoc Nguyen, Bahman Shabani. Open-cathode PEMFC heat utilisation to enhance hydrogen supply rate of metal hydride canisters // Energy Procedia. 2019. Vol. 160. P. 542-549. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.204
  14. Dohle H., Mergel J., Stolten D. Heat and power management of a direct-methanol-fuel-cell (DMFC) system // Journal of Power Sources. 2002. Vol. 111. № 2. P. 268-282. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00339-7
  15. Mingge Wu, Lei Wang, Yixiang Wang, Cheng Zhang, Cheng Qiu. Water Flow Characteristics and Related Effects in PEMFC // Fluid Dynamics & Materials Processing. 2019. Vol. 15. № 4. P. 431-444. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.32604/fdmp.2019.08209
  16. Abbou S., Tajiri K., Alofari K.T., Medici E.F., Haug A.T., Allen J.S. Capillary Penetration Method for Measuring Wetting Properties of Carbon Ionomer Films for Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) Applications // Journal of The Electrochemical Society. 2019. Vol. 166. № 7. P. 3227-3233. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1149/2.0271907jes/
  17. Udit N. Shrivastava, Kazuya Tajiri. Sources of Current Density Distribution in the LandChannel Direction of a PEMFC // Journal of The Electrochemical Society. 2016. Vol. 163. № 9. P. 1072-1083. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/ 10.1149/2.0831609jes
  18. Ugur Pasaogullari, Chao-Yang Wang. Two-phase modeling and flooding prediction of polymer electrolyte fuel cells // Journal of The Electrochemical Society. 2005. Vol. 152. № 2. P. 380-390. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1149/1.1850339
  19. Nanadegani F.S., Lay E.N., Sunden B. Effects of an MPL on water and thermal management in a PEMFC // International Journal of Energy Research. 2018. Vol. 43. № 1. P. 274-296. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1002/er.4262
  20. Kandlikar S.G., Garofalo M.L., Lu Z. Water management in a PEMFC: Water transport mechanism and material degradation in gas diffusion layers // Fuel Cells. 2011. Vol. 11. № 6. P. 814-823. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1002/fuce.201000172
  21. Jiawei Liu, Qi Li, Hanqing Yang, Ying Han, Shuna Jiang, Weirong Chen. Sequence Fault Diagnosis for PEMFC Water Management Subsystem Using Deep Learning With t-SNE // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 92009-92019. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2927092
  22. Yuehua Li, Pucheng Pei, Ziyao Wu, Peng Ren, Xiaoning Jia, Dongfang Chen, et al. Approaches to avoid flooding in association with pressure drop in proton exchange membrane fuel cells // Applied Energy. 2018. Vol. 224. P. 42-51. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.04.071
  23. Polverino P., Frisk E., Jung D., Krysander M., Pianese C. Model-based diagnosis through structural analysis and causal computation for automotive polymer electrolyte membrane fuel cell systems // Journal of Power Sources. 2017. Vol. 357. P. 26-40. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.04.089
  24. Hee joong Kim, Thiam Hwee Lim. PBI derivatives: Polymer electrolyte fuel cell membrane for high temperature operation // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2004. № 10 (7). P. 1081-1085. [Электронный ресурс. Дата обращения: 13.01.2020]. https://doi.org/10.1002/fuce.200400020

Файлы:

Язык
RuEn
Количество скачиваний:35724