Фундаментальні аспекти відновлювано-водневої енергетики і паливно-комірчаних технологій

Керамічна паливна комірка для літальних апаратів

Будова окремої КПК

Області застосування

Метою наукових досліджень є розроблення і виготовлення діючого зразка плівкової цирконієво-керамічної паливної комірки на полегшеному металевому носієві для енергетичних систем безпілотних літальних апаратів, що є важливим і актуальним для посилення оборони України.

Короткий опис

Керамічні паливні комірки (КПК) будуть виготовлятися методами стрічкового лиття і трафаретного друку і наноситися на поруваті металеві підкладки, які й будуть нести на собі механічно слабкі, власне, плівкові КПК, товщина електродів яких не буде перевищувати 30 мкм. Анодний електрод комірки буде наноситися безпосередньо на порувату металеву підкладку, через яку водень, чи інший паливний газ буде постачатися до аноду комірки.

Очікувані властивості

Очікується, що крім істотного зменшення ваги і підвищення механічної стабільності нових КПК, вони будуть мати і менші поляризаційні втрати через істотне зменшення товщини електродів.

Переваги

Зменшення ваги паливно-комірчаних батарей і покращення їхньої механічної та термоциклічної стійкості позитивно вплине на застосування КПК в літальних апаратах тощо. Через те, що КПК принципово мають бути плівковими, очевидним напрямком вирішення названих завдань саме і є створення комірок на міцному полегшеному металевому носієві, який, як і очікують автори, зможе задовольнити вимоги щодо стійкості у відновній і окисній середах та їхньому циклуванні. Металеві матеріали на основі титану є значно легшими, оскільки густина самого титану є ~ 4,5 г/см³, що є значно менше, ніж у того ж всесвітньо відомого Crofer22, густина якого становить ~7,8 г/см³.

Конкуренти

Lawrence Berkeley National Laboratory, US; Imperial College London, UK; Forschungszentrum Julich, Germany.

Стан розробки

Проведено роботу по дослідженню можливості використання Ti – in situ композиту як підкладки чи з’єднувача КПК, а саме: було виготовлено композит та досліджено його міцність і електричний опір до і після витримки у водні при температурі 600°С (робоча температура КПК).
Розроблено методику виготовлення КПК за допомогою плівкових технологій (стрічкове литво, трафаретний друк) та виготовлено КПК на основі порошку діоксиду цирконію 8YSZ українського виробництва (науково-технологічний центр Новітек і ТОВ Цирконія України).
Відпрацьовано методику виготовлення аноду-носія та електроліту-носія методом стрічкового лиття. Використовувався дешевший полімер-зв’язка – етилцелюлоза, що має позитивно вплинути на зниження загальної вартості КПК.
Сформульовано рекомендації щодо спільного спікання напівкомірок (анод та електроліт), виготовлених методом стрічкового лиття.

Контактна інформація

Виконавець: Інститут-Виконавець: Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, НАН України

Проект №19 «Керамічна паливна комірка для літальних апаратів»

Контактна особа:

Teл. +38 044 424-02-94

Е-mail: oleksa.vasylyev@gmail.com