Електрохімічний перетворювач енергії

 

Винахід відноситься переважно до автономних систем та установок енергозабезпечення, використовують різні види палива, а також до джерел отримання вторинних енергоносіїв, наприклад водню, і призначене для забезпечення опалювальним теплом, гарячою водою, холодом і електроенергією та іншими енергоносіями різних споживачів, включаючи транспорт, енергетику, ЖКГ, промисловість.

Високотемпературні електрохімічні перетворювачі енергії можуть використовуватися як для отримання водню з води, в режимі високотемпературних електролізерів, так і для перетворення хімічної енергії в електроенергію. В останньому випадку, зокрема, високотемпературні електрохімічні перетворювачі енергії, звані також паливними елементами, що забезпечують високу ефективність процесу перетворення хімічної енергії в електричну енергію. Подібні перетворювачі володіють перевагою безшумної роботи без механічної вібрації, а також вельми вигідним коэффициентним відношенням виробленої енергії до масі і розмірам перетворювача. Електрохімічні перетворювачі надають мінімальний вплив на природне середовище. Типовий в�я, стабілізованого ітрієм. Твердий електроліт закритий з двох сторін електродами, проникними для газів. При високій температурі цирконієва кераміка проявляє високу іонну провідність. Оскільки крізь керамічний шар можуть проникати тільки іони кисню, електроліт поляризується завдяки падінню тиску кисню всередині електроліту. Одна з поверхонь електроліту буде мати позитивний заряд, в той час як на протилежній поверхні електроліту будуть виділятися вільні електрони в результаті реакції між іонами кисню і паливом, наприклад воднем або монооксидом вуглецю, що призведе до її негативної поляризації. Підключення зовнішньої електричної ланцюга до електродів призведе до утворення електричного струму, що буде врівноважувати іонний потік. Згідно специфічним умовам експлуатації електроди повинні володіти хорошою електричною провідністю, проникність для газів, стійкістю до високої температури (близько 800°C), а також стійкістю до раптових змін температури. Першорядне значення має забезпечення відсутності протікання в каналах подачі палива, оскільки процес горіння, на відміну від электрохимическоЇением непроникності, налучшим чином були вирішені в електролітичних генераторів енергії, що мають трубчасту конфігурацію.

Приклад здійснення такого варіанту конструкції представлений в патенті США US №4395468. Як випливає з опису, стабилизованная цирконієва кераміка, утворює електроліт, у вигляді тонкого шару нанесена на циліндричну керамічну підкладку, що дає ряд важливих переваг, а саме: простота розміщення електричних з'єднань між паливними елементами, зручність розміщення повітронагрівачів. Разом з тим, перевагою також є надійна ізоляція зони електрохімічної реакції. Однак трубчасті пристрої мають низьку об'ємну энергонапряженность і, як наслідок, великі габарити.

Існують площинні, так звані планарні конструкції перетворювачів хімічної енергії в електричну енергію, відомі з патентів US №4276355 і US №7531053. Як випливає з описів, ці конструкції включають безліч паливних елементів, пов'язаних електричними з'єднаннями. Паливні елементи утворюють батарею, в якій кожен керамічний паливний елемент поміщений між двома пластинами. Кожна пластина є роздільником між відповідними керамічним�йство (патент РФ №2064210), містить електроди, електричний з'єднувач і шар твердого електроліту, виконані з суміші оксидів металів, що включають діоксид цирконію і оксид металу, вибраного з групи, що включає: оксид кальцію, оксид магнію, оксиди рідкісноземельних елементів або їх суміші, що включає додатково оксид кобальту.

Недоліками відомих пристроїв є висока вартість виготовлення, складність експлуатації (внаслідок їх крихкості) і високий електричний опір, що призводить до збільшення термінів окупності інвестиційних проектів по створенню таких пристроїв до 10 років і більше, що, як правило, неприйнятне. Знижена електрохімічна активність електродів, пов'язана з обмеженістю трифазної межі контакту електроліту, електродів і газової середовища реагентів, також служить бар'єром підвищення ефективності. Домогтися зменшення опору дозволяє робота пристроїв при високих температурах, як правило, перевищують 900°C. Однак високі робочі температури викликають технічні проблеми в роботі пристроїв і деградацію основних матеріалів, які можуть бути використані в пристрої, зокрема в окислювальному середовищі, наприклад, кисневого електрода. План�єсте з тим, беручи до уваги тонку крихку структуру електроліту, він є чутливим до впливу різкої зміни температури, погано переносить термокачки, тому вимагає більшого часу розігріву, застосування спеціальних ущільнювальних прокладок, стійких до високих температур.

Частково ці недоліки усунені в патенті РФ №2502158, опубл. 27.08.2013 Бюл. №24 - прототип, згідно з яким електрохімічний перетворювач енергії має плоску планарную багатошарову керамічну конструкцію, середній шар якої утворює центральна керамічна пластина, володіє високою щільністю і міцністю, нерухомо скріплена з двох сторін з пористими металокерамічними шарами, в яких виконані канали подачі палива. Виготовлена таким чином керамічна база має на частині своєї поверхні з обох сторін керамічні шари твердого електроліту, які накладені на базу і нерухомо закріплені на ній і які, в свою чергу, мають на частині своєї поверхні електродні шари, проникні для газів, що проводять електричний струм і покриті на частині своєї поверхні контактними шарами. Крім цього електрохімічний перетворювач енергії оснащений металлих, причому металеві проводять струм конструкції можуть бути виготовлені на основі наступних матеріалів: проникних для газів шарів платини, нікелевих нанотрубок або нікелевих сіток. Дане рішення також має недоліки, викликані слабкою стійкістю до термокачкам і високою вартістю виготовлення. Рішення проблеми може бути досягнуто шляхом поєднання переваг трубчастих і планарних конструкцій.

Завдання винаходу - створити електрохімічний перетворювач енергії, в якому підвищена стійкість до термокачкам і знижена вартість виготовлення.

Поставлена задача вирішується тим, що:

запропоновано електрохімічний перетворювач енергії, що містить електроди, електричний з'єднувач і шар твердого електроліту, виконаний з суміші оксидів металів, що включають діоксид цирконію і оксид металу, вибраного з групи, що включає оксид кальцію, оксид магнію, оксиди рідкісноземельних елементів або їх суміші, і має на частині своєї поверхні електродні шари, проникні для газів, що проводять електричний струм і покриті на частині своєї поверхні контактними шарами, при цьому перетворювач виконаний у вигляді багаторядної секції, ряди якої утворені тру�містячих шар твердого електроліту, а також електродні шари, з центральними втулками, що формують внутрішній газовий колектор, в якому одночасно розміщені тоководи, причому частина конусних шайб розділена між собою сепараторами, проникними для газу, а інша частина конусних шайб розділена зовнішнім газовим колектором.

Крім того,

- електродні шари, розташовані на поверхні конусних шайб з їх внутрішньої і зовнішньої сторін, що мають протилежні полярності і розділені шаром твердого електроліту, причому внутрішній електродний шар з'єднаний з одним тоководом внутрішнього газового колектора, а зовнішній електродний шар з'єднаний з іншим тоководом внутрішнього газового колектора;

- сепаратори мають канали для проходу газу і виконані з пружного матеріалу з високим омічним опором, наприклад керамічного волокна або матів, і мають можливість зміни газодинамічного опору;

- центральна втулка містить міжелектродний шар, електрично ізолюючий електродні шари, відповідно, на внутрішніх і зовнішніх поверхнях конусної шайби;

- щонайменше, частина сусідніх конусних шайб з'єднані між собою за допомогою спікання за зв'язаних поверхонь втулок втулки, а по більшому діаметру з допомогою зовнішнього газового колектора, причому електродні шари внутрішньої порожнини електрично ізольовані від електропровідної частини зовнішнього газового колектора, який має вихід по газу у внутрішню порожнину;

- щонайменше, частина центральних втулок має, принаймні, на частині кола корончаті або зубчасті виступи, утворюють газовий прохід у внутрішній газовий колектор;

- металеві проводять струм елементи виготовлені на основі наступних матеріалів: проникних для газів шарів платини, нікелевих нанотрубок або нікелевих сіток;

- зовнішній газовий колектор має кільцеві секції, розміщені щонайменше між частиною конусних шайб і сполучені по газу таким чином, щоб утворити спіральну трубчасту конструкцію.

- контакти електродних шарів з тоководами, розташованими у внутрішньому газовому колекторі, прокладені вздовж газових проходів у внутрішній газовий колектор.

На фіг. 1 дана схема реалізації пристрою у варіанті електролізера, де 1 - центральна втулка, 2 - конусна шайба, 3 - внутрішній електродний шар, 4 - зовнішній електродний шар, 5-потік іонів кисню, 6 - кисневовмісні газ, 7 - газоогазовим проходом 9 і корончатими виступами 10 в центральній втулці 1.

На фіг. 3 дана схема спірального виконання зовнішнього газового колектора з кільцевими секціями 11, дистанционирующими електрохімічні комірки, виконані у формі конусних шайб 2.

На фіг. 4 дан варіант пристрою у варіанті паливного елемента з розрізом багаторядної секції зі схемою підключення тоководов 14 до електродним верствам, які в даному варіанті виконують функції анодів 12 з паливної боку і катодів 13 з повітряної сторони. Крайні електродні шари через клеми 15 підключені до зовнішньої навантаженні (на малюнку не показана), 16 - шар твердого електроліту.

На фіг. 5 дана схема реалізації пристрою у варіанті паливного елемента (генератора енергії), де 7 - газоподібне паливо, інші позначення ті ж, що і на Фіг.1.

Прикладом реалізації винаходу служить електрохімічний перетворювач енергії, описаний нижче.

В излагаемом прикладі здійснення винаходу електрохімічний перетворювач енергії застосовується в якості високотемпературного електролізера водяної пари, що дозволяє охарактеризувати особливості реалізації винаходу стосовно до процесів одержання водню з води для використання в різних транспортних або стаціонарних �гії.

Електрохімічний перетворювач енергії містить внутрішній газовий колектор, утворений центральними втулками 1, шар твердого електроліту, виконаний у формі конусної шайби 2, яка може бути виконана заодно з центральної втулкою 1 і має в якості покриттів внутрішній електродний шар 3 і зовнішній електродний шар 4, між якими через шар твердого електроліту, що має при робочій температурі 850-950°C кисневу провідність, проходить потік іонів кисню 5, які утворюються при розкладанні водяної пари на внутрішньому електродному шарі 3 при вступі з ним в контакт водяної пари. Утворюється при розкладанні водяної пари газоподібне паливо 7, що представляє собою суміш водню і водяної пари, через сепаратор 8 виходить в межсекционное простір, де збирається і надходить на систему очищення (на Фігурах не показана). Водяна пара надходить на розкладання з внутрішнього газового колектора через газові проходи 9 до зовнішньої конусної частини шайби 2 (Фіг. 2), що має корончаті виступи 10 в центральній втулці 1, яка формує всередині себе простір внутрішнього газового колектора. Кисневовмісні газ 6, представляє з себе суміш кисню і водяної пари, �про колектора, який може мати спіральне трубчасте з'єднання з іншими кільцевими секціями 11 зовнішнього газового колектора (Фіг. 3). Кільцева секція 11 може розділяти ряди конусних шайб 2 і, у варіанті паливного елемента, як показано на Фіг.4, подає кисневовмісні газ 6 (повітря або кисень) в простір між катодами 12 сусідніх конусних шайб 2. Катод 12, розташований з зовнішньої конусної частини шайби 2, підключений через тоководи, розміщені у внутрішньому газовому колекторі, до анода 13 (паливному електроду) наступного по ходу конусної шайби 2 і так далі. Катоди 12 і аноди 13 розділені шаром твердого електроліту 16, сформованого в конусній шайбі 2.

У варіанті, коли електрохімічний перетворювач енергії використовується в якості паливного елемента, як показано на Фіг. 5, газоподібне паливо 7 надходить з межсекционного простору через сепаратор 8 для взаємодії з іонами кисню 5, утворюються з кисневмісного газу 6 на зовнішньому електродному шарі 4 (катоді), що покриває поверхню конусної шайби 2. При взаємодії з іонами кисню 5 газоподібне паливо 7 на внутрішньому електродному шарі 3 (аноді) перетворюється у продукти окислення палива з одночасною витратою лектрической навантаженні (Фіг. 4).

Сепаратори 8 мають канали для проходу газу і можуть бути виконані з пружного матеріалу з високим омічним опором, наприклад керамічного волокна або матів. Зокрема, таким матеріалом може служити муллитокремнеземистое волокно.

Електродні шари, розташовані на поверхні конусних шайб 2 з їх внутрішньої і зовнішньої сторін, що мають протилежні полярності і розділені шаром твердого електроліту 16, причому в однієї конусної шайби 2 катод 13 з'єднаний з одним тоководом внутрішнього газового колектора, а анод з'єднаний з іншим тоководом 14 внутрішнього газового колектора, підключеним, відповідно, до катода попередньої конусної шайби.

Металеві проводять струм елементи містяться в секціях зовнішнього газового колектора 11, а також розташовані на тоководах 14 і 15, електродних шарах 3 і 4 і можуть бути виготовлені на основі наступних матеріалів: проникних для газів шарів платини, нікелевих нанотрубок або нікелевих сіток.

Центральна втулка 1 може містити міжелектродний шар, електрично ізолюючий електродні шари 3 і 4, відповідно, на внутрішніх і зовнішніх поверхнях конусної шайби 2.

Щонайменше частина сусідніх конусних шайб 2 можуть бути між собою внутрішню порожнину, герметично замкненої по меншого діаметру зовнішньою поверхнею центральної втулки 1, а по більшому діаметру з допомогою кільцевої секції 11 зовнішнього газового колектора, причому електродні шари 3 і 4 у внутрішній порожнині електрично ізольовані від електропровідної частини кільцевої секції 11 зовнішнього газового колектора, який має вихід по газу у внутрішню порожнину.

Пристрій у варіанті паливного елемента (Фіг. 4, Фіг. 5) працює наступним чином.

З межсекционного простору в міжелектродному порожнину подають газоподібне паливо 7, в якості якого можуть використовуватися вуглеводні, синтез-газ або водень. На електродному шарі 3, який в даному варіанті є анодом, відбувається окислення газоподібного палива 7 іонами кисню 5, доставляються через електродний шар конусних шайб 2 з катодного порожнини, утвореної між електродними шарами 4, виконують в даному варіанті функцію катода. У електрохімічних комірках, виконаних у формі конусних шайб 2, шар твердого електроліту виготовлений з керамічного матеріалу і, для забезпечення високої кисневої провідності, розігрітий до робочої температури 950-990°С. В катодну порожнину з кільцевої секції 11 зовнішньо так і кисень. Водень, що входить до складу газоподібного палива 7, на електродному шарі 3 іонізується і іони водню вступають в реакцію з оксидними іонами кисню 5 з утворенням води і вивільненням двох електронів. Продукти окислення газоподібного палива 7 відводяться через газові проходи в центральній втулці 2 у внутрішній газовий колектор, а потім на подальшу утилізацію з охолодженням в регенераторі або теплообміннику (на Фігурах не показані). Катоди 13 міжелектродного простору з'єднані тоководами 14 з анодами наступних по ходу конусних шайб 2? як це показано на Фіг.4, що дозволяє відводити утворюється електроенергію через крайні електродні верстви до клем 15, підключеним до зовнішньої навантаженні.

Таке рішення дозволяє послідовно з'єднати електрохімічні комірки, виконані у формі конусних шайб 2. Кут конусності може становити від 120 до 180 град. У кожній клітинці несучим механічну навантаження може виступати як шар твердого електроліту 16 конусних шайб 2, так і внутрішні електродні шари 4, передають навантаження на центральну втулку 1. В останньому випадку вдається зменшити товщину шару твердого електроліту конусних шайб 2.

У таблиці приведені характеристики эксперимкотором з межсекционного простору в міжелектродному порожнину подають газоподібне паливо 7, в якості якого використовують водень, який на електродному шарі 3 іонізується і іони водню вступають в реакцію з оксидними іонами кисню 5 з утворенням води і вивільненням двох електронів. Продукти окислення водню 7 відводяться через газові проходи в центральній втулці 2 у внутрішній газовий колектор. Виходячи з експериментів, виконаних для обраних матеріалів:

де Т, °C робоча температура, Imax, А - сила струму, Uяч,- Напруга на комірці, Jрозр, мА/см2- щільність струму, Рmax, Вт - вироблена потужність осередку.

Завдяки розвиненій поверхні електродних шарів і прийнятої їх компонуванні в багаторядній секції, ряди якої утворені трубчастими збірками, уздовж своєї осі набраними з електрохімічних комірок, виконаних у формі конусних шайб 2, що містять шар твердого електроліту 16, а також електродні шари 3 і 4 з центральними втулками 1, формують внутрішній газовий колектор 1, в якому одночасно розміщені тоководи 14, вдається істотно підвищити об'ємну потужність електрохімічного перетворювача енергії.

Відсутні 0.1-0.2 до теоретичного значення 1.1 пов'язані з поляризацією, хачений питомої потужності (250 мВт/см2при силі струму 300 мА/см2), показують, що конструкція комірки з самонесущей шайботрубчатой конфігурацією дозволяє зменшити товщину шару твердого електроліту 2 в десятки разів, а отже, збільшити струм і потужність осередку.

Додатковим позитивним властивістю даного електрохімічного перетворювача енергії є можливість використання вже існуючих матеріалів, технічних рішень та обладнання, необхідних для його створення. Таким чином, вказаний пристрій дозволяє підвищити стійкість до термокачкам, а отже, ресурс і надійність роботи пристрою і знизити вартість його виготовлення.

1. Електрохімічний перетворювач енергії, що містить електроди, електричний з'єднувач і шар твердого електроліту, виконаний з суміші оксидів металів, що включають діоксид цирконію і оксид металу, вибраного з групи, що включає оксид кальцію, оксид магнію, оксиди рідкісноземельних елементів або їх суміші, і має на частині своєї поверхні електродні шари, проникні для газів, що проводять електричний струм і покриті на частині своєї поверхні контактними шарами, відрізняється тим, що перетворювач виконаний у вигляді багаторядної виконаних у формі конусних шайб, містять шар твердого електроліту, а також електродні шари, з центральними втулками, що формують внутрішній газовий колектор, в якому одночасно розміщені тоководи, причому частина конусних шайб розділена між собою сепараторами, проникними для газу, а інша частина конусних шайб розділена зовнішнім газовим колектором.

2. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1, який відрізняється тим, що електродні шари, розташовані на поверхні конусних шайб з їх внутрішньої і зовнішньої сторін, що мають протилежні полярності і розділені шаром твердого електроліту, причому внутрішній електродний шар з'єднаний з одним тоководом внутрішнього газового колектора, а зовнішній електродний шар з'єднаний з іншим тоководом внутрішнього газового колектора.

3. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що сепаратори мають канали для проходу газу і виконані з пружного матеріалу з високим омічним опором, наприклад, керамічного волокна або матів, і мають можливість зміни газодинамічного опору.

4. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що центральна втулка містить міжелектродний�ой шайби.

5. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що, принаймні, частина сусідніх конусних шайб з'єднані між собою за допомогою спікання за зв'язаних поверхонь втулок і утворюють між собою внутрішню порожнину, герметично замкненої по меншого діаметру зовнішньою поверхнею втулки, а по більшому діаметру з допомогою зовнішнього газового колектора, причому електродні шари внутрішньої порожнини електрично ізольовані від електропровідної частини зовнішнього газового колектора, який має вихід по газу у внутрішню порожнину.

6. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що, принаймні, частина центральних втулок має, принаймні, на частині кола корончаті або зубчасті виступи, утворюють газовий прохід у внутрішній газовий колектор.

7. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що металеві проводять струм елементи виготовлені на основі наступних матеріалів: проникних для газів шарів платини, нікелевих нанотрубок або нікелевих сіток.

8. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що зовнішній газовий колектор має кольоби утворити спіральну трубчасту конструкцію.

9. Електрохімічний перетворювач енергії за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що контакти електродних шарів з тоководами, розташованими у внутрішньому газовому колекторі, прокладені вздовж газових проходів у внутрішній газовий колектор.



 

Схожі патенти:

Катодний матеріал для тоте на основі мідь-вмісних шаруватих оксидів перовскитоподобних

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до катодним матеріалом для твердооксидних паливних елементів (ТОТЕ) на основі складних оксидів 3d-металів. Катодний матеріал виконаний на основі перовскитоподобних шаруватих оксидів із загальною формулою Pr2-xSrxCuO4-y, де 0.0<x<1; 0.0≤y≤0.5. Технічним результатом запропонованого рішення є створення катодного матеріалу, що володіє одночасно високою кисень-іонною провідністю має значення коефіцієнта термічного розширення (КТР), близьке з КТР електроліту ТОТЕ. Катодний матеріал може успішно використовуватися з електролітами ТОТЕ на основі допованого ітрієм та скандієм діоксиду цирконію (ScYSZ), а також допованого стронцієм і магнієм галлата лантану (LSGM) з обов'язковою присутністю між ScYSZ і катодним матеріалом додаткового покриття (буферного шару) на основі допованого гадолінієм діоксиду церію (GDC), а в разі LSGM електроліту - захисного шару, допованого лантаном діоксиду церію (LCO). 4 іл., 2 пр.

Композитний кисневий електрод і спосіб його одержання

Винахід відноситься до композитного кисневого електрода, має пористу структуру основи, що включає дві окремі, але перколированние фази, причому перша фаза являє собою электронопроводящую фазу, а друга фаза являє собою оксидну ионопроводящую фазу, і электрокаталитический шар на поверхні зазначеної структури основи, причому зазначений электрокаталитический шар містить перші наночастинки, що представляють собою електрокаталітична активні наночастинки і другі наночастинки, що формуються з іонопроводящего матеріалу, при цьому перші і другі частинки довільно розподілені по всьому злектрокаталитическому шару. Винахід відноситься до способу отримання електрода. Запропонований електрод володіє підвищеною активністю. 2 н. і 8 з.п. ф-ли, 2 іл., 3 пр.

Спосіб реалізації високотемпературного паливного елемента з протонної плазмою і внутрішнім риформингом

Винахід відноситься до електрохімічним генераторам, в яких хімічна енергія палива перетворюється безпосередньо в електричну енергію, а саме до високотемпературних електрохімічних пристроїв з внутрішньої конверсією палива. Описується спосіб виготовлення високотемпературного електрохімічного пристрою, перетворює хімічну енергію палива в електрику і тепло в одну стадію, з відводом продуктів перетворення у вигляді високотемпературного паливного елемента з внутрішньої каталітичної конверсією. Протонний провідник паливного елемента активується складним многочастотним надвисокочастотним генератором до стану формування плоскої протонопроводящей плазми на частотах, пов'язаних з резонансами решітки, так, що здійснюється в процесі експлуатації безперервне спікання кераміки протонної мембрани з усуненням структурних дефектів, чим забезпечується відновлення структури протонної мембрани і ряд якісних параметрів, що в сукупності і визначає параметри всього пристрою, конструктивно об'єднані виконаного у вигляді надвисокочастотної хвилеводної системи-реактора, що перетворює енергію углеводородног�исокотемпературних паливних елементів за рахунок збільшення протонної провідності розділової мембрани, загальне збільшення ККД використання палива за рахунок ендотермічний вуглекислотного риформінгу і можливості резервування синтез-газу, підвищення безпеки реакторів з використанням метану, загальне зниження капіталовкладень на одиницю виробленої енергії, збільшення терміну служби виробу за рахунок усунення деструктивних чинників, властивих подібним технічних виробів. 2 з.п. ф-ли, 6 іл.

Комбіновані схеми потоків в пакеті паливних елементів або в пакеті електролітичних елементів

Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до комбінації схем потоків всередині кожного елемента і між елементами пакету паливних елементів (ПЕ) або пакета електролітичних елементів. Пакет елементів, містить безліч ТЕ або електролітичних елементів, має комбінацію схем потоків анодного газу і катодного газу всередині кожного з елементів і між елементами по відношенню один до одного, так що катодний і анодний газ всередині елемента течуть або в паралельному потоці, або в протитоку, або в поперечному потоці, при цьому потік анодного і катодного газу в одному елементі має паралельний потік, протитечія або поперечний потік по відношенню до потоку анодного і катодного газу у сусідніх елементах. Підвищення вхідної потужності і щільності струму за рахунок мінімізації градієнта температур по елементах і по пакету в цілому є технічним результатом винаходу. 21 з.п. ф-ли, 28 іл.

Композитний електродний матеріал для електрохімічних пристроїв

Винахід відноситься до області каталізу, а саме каталітичним активним пористим композитним матеріалам, які можуть бути використані в якості несучих електродів електрохімічних пристроїв для отримання водню і/або кисню або високо - і середньотемпературних твердооксидних паливних елементів (ТОТЕ). Винахід відноситься до композитного електродному матеріалу для електрохімічних пристроїв, що містить металеву складову у вигляді двокомпонентного сплаву нікелю з алюмінієм і керамічну оксидну складову, при цьому в якості двокомпонентного сплаву використовують нікель, плакований алюмінієм, при вмісті алюмінію 3-15 мас.%, а як оксидної складової - оксид алюмінію, при цьому склад матеріалу характеризується масовим відношенням металевої складової до оксидної у відповідності з формулою yNixAl100-x(100-y)Al2O3, де x=85÷97; y=30÷60. Технічним результатом винаходу є отримання пористого несучого електрода для електрохімічних пристроїв із покращеною термодинамічної і механічною стабільністю, каталітичною активністю, високими електричними характеристиками. 2 іл., 1 табл.

Твердий окісний елемент і містить його батарея

Заявлений винахід відноситься до твердих окисним паливних елементів (ПЕ), отриманих у відповідності зі способом, в якому мають місце стадії: - нанесення шару паливного електрода: шару електроліту, що містить стабілізований цирконій, на шар паливного електрода для отримання системи з основи паливного електрода і електроліту; - спікання системи з основи паливного електрода і електроліту один з одним для отримання полуэлемента; - нанесення на шар електроліту попередньо спеченого полуэлемента одного або більше шарів кисневого електрода, причому, щонайменше, один з шарів містить композит з лантан-стронцій-манганита і стабілізованого цирконію для отримання повного твердого перекисного елемента; - спікання одного або більше шарів кисневого електрода з попередньо спеченим полуэлементом; а також просочення марганцем одного або більше шарів кисневого електрода повного твердого перекисного елемента для отримання просоченого марганцем ТЕ. Запропоновано також батарея, що містить один або більше твердих окисних елементів, виконаних у відповідності з запропонованим способом. Підвищення строку служби вказаного ТЕ є технічним результатом заявле

Матеріал для електрохімічного пристрої

Даний винахід відноситься до матеріалу для виготовлення протонообменной мембрани для електрохімічного пристрої, зокрема паливного елемента, електролізера або акумулятора. Активоване бор, що міститься в матриці, являє собою нітрид бору, який активують шляхом впливу на нього рідини, що містить радикали та/або іони кислотного або лужного розчину для створення в нітриду бору зв'язків у присутності електричного поля, причому до його використання для виготовлення зазначеного електротехнічного пристрою. Протонообменная мембрана згідно з запропонованим винаходом дозволяє забезпечити високу механічну і термічну стійкість і працює при відносно високій температурі так само, як і при кімнатній температурі. Мембрана герметична по відношенню до водню при тиску 1 бар. 8 н. і 21 з.п. ф-ли, 11 іл., 4 пр., 2 табл.

Система паливного елемента та спосіб її управління

Система паливного елемента містить паливний елемент (10), першу камеру (20) згоряння, перший зворотний канал (17) для обігрівального газу і систему (50) подачі газу. Паливний елемент (10) включає в себе елемент з твердим електролітом з анодом (12) і катодом (13). Паливний елемент (10) виробляє енергію за допомогою реакції водородосодержащих газу і кисневмісного газу. Перша камера (20) згоряння вибірково подає обігрівальний газ в катод (13) паливного елемента (10). Перший зворотний канал (17) для обігрівального газу змішує, щонайменше, частина виробленого газу, виробленого з катода (13), з обігрівати газом першої камери (20) згоряння, так що змішаний обігрівальний газ з виробленого газу і обігрівального газу подається на катод (13). Система (50) подачі газу з'єднана з першим зворотним каналом (17) для обігрівального газу для подачі випускається газу з катода (13) так, що він змішується з обігрівати газом першої камери (20) згоряння. Підвищення ефективності використання газу, що випускається з катода, шляхом використання його для підвищення температури паливного елемента, а також зниження відкладень вуглецю на аноді, є технічним результатом заявленого винаходу. 5 н. і 7 з.�

Спосіб виготовлення електрохімічного перетворювача енергії та електрохімічний перетворювач енергії

Пропонований винахід відноситься до способу виготовлення електрохімічного перетворювача енергії з твердим електролітом, який включає нанесення металокерамічного матеріалу (2А), (2) на обидві сторони центральної керамічної пластини (1), причому на обох сторонах цієї пластини в металлокерамическом матеріалі (2А), (2В) проробляють канали (3А), (3В), потім канали (3А), (3В) по обидві сторони пластини покривають шарами металокерамічного матеріалу (4А), (4В). Після цього на обидві сторони керамічної конструкції, виготовленої таким способом, накладають струмопровідні конструкції (5А), (5В) і потім наступні шари металокерамічного матеріалу (6А), (6В), що містять нікель; потім на обидві сторони керамічної конструкції, підготовленої таким чином, наносять наступні покриття: шари, що утворюють твердий електроліт (7А), (7В), шари, що утворюють електроди (8А), (8В), та контактні шари (9А), (9В). Електрохімічний перетворювач енергії має плоску багатошарову керамічну основу, середній шар якої утворює керамічна пластина, нерухомо з'єднана з пористими металокерамічними шарами (AN1), (AN2), в яких утворені канали подачі палива (3А), (3В). Заявлене пристрій компактно, техноло

Спосіб оптимізації провідності, забезпечений витісненням h+протонів і/або oh-іонів у провідній мембрані

Винахід відноситься до способу оптимізації провідності, який забезпечений витісненням Н+ протонів та/або ОН - іонів у провідній мембрані. Спосіб містить стадії, на яких використовують провідну мембрану, виготовлену з матеріалу, що дозволяє введення пари, використовують робочу температуру в залежності від зазначеного матеріалу, вводять під тиском газоподібний потік, що містить пар у зазначеній мембрані для нагнітання зазначеного пари в зазначену мембрану при певному парціальному тиску з тим, щоб отримати бажану провідність при даній температурі, причому зазначене парціальний тиск вище або дорівнює 1 бар. Винахід дозволяє отримати високу провідність мембрани. 7 н. і 18 з.п. ф-ли, 15 іл. 1 табл.

Катодний матеріал для тоте на основі мідь-вмісних шаруватих оксидів перовскитоподобних

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до катодним матеріалом для твердооксидних паливних елементів (ТОТЕ) на основі складних оксидів 3d-металів. Катодний матеріал виконаний на основі перовскитоподобних шаруватих оксидів із загальною формулою Pr2-xSrxCuO4-y, де 0.0<x<1; 0.0≤y≤0.5. Технічним результатом запропонованого рішення є створення катодного матеріалу, що володіє одночасно високою кисень-іонною провідністю має значення коефіцієнта термічного розширення (КТР), близьке з КТР електроліту ТОТЕ. Катодний матеріал може успішно використовуватися з електролітами ТОТЕ на основі допованого ітрієм та скандієм діоксиду цирконію (ScYSZ), а також допованого стронцієм і магнієм галлата лантану (LSGM) з обов'язковою присутністю між ScYSZ і катодним матеріалом додаткового покриття (буферного шару) на основі допованого гадолінієм діоксиду церію (GDC), а в разі LSGM електроліту - захисного шару, допованого лантаном діоксиду церію (LCO). 4 іл., 2 пр.
Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до способу виготовлення електродів електрохімічних пристроїв з твердим електролітом. Зниження поляризаційного опору електрода, а також поліпшення протікання електродних реакцій газообміну є технічним результатом запропонованого винаходу. Спосіб включає просочення електрода розчином азотнокислого празеодіма з його подальшою термообробкою, при цьому електрод одноразово просочують розчином азотнокислого празеодіма в етиловому спирті з концентрацією 0.3-2.0 мас.% PrO1.83, після чого термообробку електрода ведуть при нагріванні зі швидкістю не більше 50°С/год до температури утворення плівки оксиду празеодіма на кордоні «електрод/електроліт». 1 табл.

Електрохімічний генератор з твердим електролітом

Винахід відноситься до пристрою електрохімічного генератора з твердим електролітом, переважно для генераторів малої і середньої потужності до 15÷20 кВт. Зазначений генератор містить укладені в корпус з теплоізолюючими стінками, робочу камеру з батареї паливних елементів, камеру згоряння, конвертор природного газу, канали для подачі і відводу палива і газів, при цьому конвертор природного газу встановлено у робочій камері, генератор містить теплообмінник, змонтований в теплоізолюючих стінках, при цьому канал для подачі газу-окислювача в робочу камеру утворений простором між камерою згорання і робочою камерою і з'єднаний з каналом для подачі повітря в теплообмінник, канали для відхідних газів якого з'єднані з камерою згоряння. Досягнення мінімальних втрат тепла, рівномірний розподіл температури в робочій камері, підвищення швидкості розігріву електрохімічного генератора, а також захист паливних електродів від окислення в період розігріву генератора є технічним результатом винаходу. 10 з.п. ф-ли, 4 іл., 1 фото.

Композитний кисневий електрод і спосіб його одержання

Винахід відноситься до композитного кисневого електрода, має пористу структуру основи, що включає дві окремі, але перколированние фази, причому перша фаза являє собою электронопроводящую фазу, а друга фаза являє собою оксидну ионопроводящую фазу, і электрокаталитический шар на поверхні зазначеної структури основи, причому зазначений электрокаталитический шар містить перші наночастинки, що представляють собою електрокаталітична активні наночастинки і другі наночастинки, що формуються з іонопроводящего матеріалу, при цьому перші і другі частинки довільно розподілені по всьому злектрокаталитическому шару. Винахід відноситься до способу отримання електрода. Запропонований електрод володіє підвищеною активністю. 2 н. і 8 з.п. ф-ли, 2 іл., 3 пр.

Електродна камера для хімічного джерела струму, система оновлення для неї і емульсія, що використовується для цього

Винахід відноситься до електродної камери хімічного джерела струму, що включає в себе бинепреривную микроэмульсию, при цьому каталітичні частинки створюються in situ в текучого середовища, яка може діяти як катод, а також як анод. Електродна камера містить роз'єм, щоб подавати паливо або окислювач, наприклад кисень, у камеру. Електродна камера є частиною системи оновлення з запасний ємністю для емульсії і ємністю для зберігання використаної емульсії, трубопроводами, щоб з'єднувати кожну з ємностей з електродної камерою і блоком транспортування, наприклад насосом, щоб переміщати емульсію. Подача в електродну камеру каталізатора у вигляді текучого середовища, з якої він відновлюється в процесі безперервної подачі бинепреривной микроэмульсии, дозволяє підвищити ефективність роботи електродної камери. Крім того, коли частина частинок каталізатора або інших речовин стає неактивною, текуча середовище може бути оновлена. 4 н. і 6 з.п. ф-ли, 2 іл., 1 пр.

Спосіб виготовлення метал-оксидного каталітичного електрода для низькотемпературних паливних елементів

Винахід відноситься до галузі хімічних джерел струму, а саме до способу виготовлення та матеріалу каталітичного електрода - елемента мембранно-електродного блоку для водневих і спиртових паливних елементів. Метал-оксидний каталітичний електрод являє собою пористий наноструктурований шар композиту завтовшки 2 -15 мкм, що складається з: каталізатора - монокристалічних частинок допованого рутенієм і сурмою діоксиду олова, з середнім діаметром близько 30 нм, на які хімічно нанесені частинки каталітичного металу платинової групи із середнім розміром 3 нм, а також 10-30% гидрофибизатора, переважно політетрафторетилену, і 10-20% ионпроводящей добавки, переважно сульфовані фторполімерів. Суспензію активної композитної маси готують шляхом диспергування метал-оксидного каталізатора, гідрофобізуючих і ионопроводящих добавок у суміші води, ізопропілового спирту і гліцерину у співвідношенні 0.4:0.2:0.4, відповідно, потім її наносять будь-яким способом на газодиффузонний шар і термообробці при 120°С. Підвищення потужності паливного елемента з таким електродом є технічним результатом заявленого винаходу. 2 н.п. ф-ли, 3 іл., 4 пр.

Каталітичний електрод для спиртових паливних елементів

Винахід відноситься до каталітичному електроду для мембранно-електродних блоків спиртових (використовують як паливо метанол або етанол) паливних елементів, де в якості электрокаталитического матеріалу використовується електропровідний діоксид титану, легований оксидом рутенію у співвідношенні рутенія до титану від 4 до 7 мол.%, з нанесеними на поверхні сферичних частинок оксиду титану, легованого рутенієм, наночастинками платини розміром 3-5 нм. Технічний результат винаходу полягає в розробці способу конструкції електрода з метою найбільш ефективного використання площі поверхні електрода і зменшення завантаження платини або каталітичного сплаву. 2 іл., 2 пр.

Носій электрокатализатора для низькотемпературних спиртових паливних елементів

Даний винахід відноситься до галузі хімічних джерел струму, а саме до матеріалу носія для електрокаталізаторів на основі діоксиду титану, легованого рутенієм, для застосування в якості матеріалу анода в спиртових низькотемпературних паливних елементах з полімерної протонобменной мембраною. Описаний носій электрокатализатора для низькотемпературних спиртових паливних елементів, що містить діоксид титану, легований оксидом рутенію у співвідношенні рутенія до титану від 4 до 10 мовляв.%, має однофазний склад, що складається з частинок сферичної форми розміром 15-25 нм. Технічний ефект - підвищення електронної провідності. 3 пр., 1 іл.

Спосіб виготовлення електрохімічного перетворювача енергії та електрохімічний перетворювач енергії

Пропонований винахід відноситься до способу виготовлення електрохімічного перетворювача енергії з твердим електролітом, який включає нанесення металокерамічного матеріалу (2А), (2) на обидві сторони центральної керамічної пластини (1), причому на обох сторонах цієї пластини в металлокерамическом матеріалі (2А), (2В) проробляють канали (3А), (3В), потім канали (3А), (3В) по обидві сторони пластини покривають шарами металокерамічного матеріалу (4А), (4В). Після цього на обидві сторони керамічної конструкції, виготовленої таким способом, накладають струмопровідні конструкції (5А), (5В) і потім наступні шари металокерамічного матеріалу (6А), (6В), що містять нікель; потім на обидві сторони керамічної конструкції, підготовленої таким чином, наносять наступні покриття: шари, що утворюють твердий електроліт (7А), (7В), шари, що утворюють електроди (8А), (8В), та контактні шари (9А), (9В). Електрохімічний перетворювач енергії має плоску багатошарову керамічну основу, середній шар якої утворює керамічна пластина, нерухомо з'єднана з пористими металокерамічними шарами (AN1), (AN2), в яких утворені канали подачі палива (3А), (3В). Заявлене пристрій компактно, техноло
Винахід відноситься до способу плазмохимической обробки вуглецевого носія електрохімічного каталізатора. Спосіб полягає в тому, що обробку проводять у вакуумній камері, обладнаної пристроєм для порушення холодної плазми, держателем вуглецевого порошку, виконаним з можливістю перемішування порошку, а також пристроєм подачі киснево-газової суміші аміачної, встановленої з можливістю подачі газової суміші в порожнину вакуумної камери, аміачно-кисневу газову суміш подають в вакуумну камеру, де збуджують холодну плазму, перемішують порошок вуглецевого носія і роблять обробку поверхні вуглецевого носія холодною плазмою при низькому тиску, при цьому для розміщення порошку вуглецевого носія використовують встановлену у тримачі пористу підкладку з відкритою пористістю, виконану з інертного матеріалу, пневматично пов'язану з пристроєм подачі киснево-газової суміші аміачної, поміщають на підкладку шари частинок вуглецевого носія, через пористу основу продувають киснево-аміачну газову суміш з утворенням над підкладкою псевдокипящего шару частинок вуглецевого носія. Технічним результатом є п�хімічних каталізаторів шляхом підвищення рівномірності і забезпечення високої щільності розподілу центрів хімічної активації по робочій поверхні частинок носія, а також спрощення способу плазмохимической обробки вуглецевого носія за рахунок виключення необхідності механічного перемішування частинок вуглецевого носія.
Up!