В Институте Высокотемпературной Электрохимии УрО РАН разрабатывают научные основы создания следующих электрохимических устройств:
- Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ)
ТОТЭ могут найти широкое применение в качестве автономных источников тока для энергоснабжения станций катодной защиты нефте- и газопроводов, в военной и космической промышленности, для энергоснабжения жилых строений, ферм, спецобъектов и др. ТОТЭ могут работать на различных видах природного, искусственного и техногенного топлива.
В ИВТЭ УрО РАН разрабатываются прототипы экспериментальных разработок на ТОТЭ. В рамках соглашения о сотрудничестве между ИВТЭ и ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» были организованы и проведены испытания экспериментального образца ЭХГ ТОТЭ-100, разработанного и изготовленного в ИВТЭ по заказу ОАО «ТВЭЛ». В ходе испытаний образец был размещен вне помещения в металлическом боксе и подвергался воздействию температур окружающей среды в условиях умеренно холодного климата (г. Екатеринбург). За время испытаний было произведено 15 циклов «пуск-останов», общее время наработки на нагрузку ЭХГ-ТОТЭ составило 5 000 часов, КПД генератора электрической мощностью 100 Вт был не менее 25 %, расход газа не более 0,04 Нм3/час.
По результатам испытаний ЭХГ-ТОТЭ были сделаны следующие выводы:
– ЭХГ-ТОТЭ показал свою работоспособность в условия умеренного холодного климата при размещении его в укрытии, защищающем от прямого воздействия осадков;
– за время испытаний мощность ЭХГ снизилась примерно на 5%, однако широкие пределы изменения внешних климатических условий не позволяют произвести точное сопоставление действительных характеристик ЭХГ;
– циклы «пуск-останов» не оказывают влияния деградацию характеристик ЭХГ-ТОТЭ;
конструктивные решения, принятые при изготовлении опытного образца требуют оптимизации с целью повышения надежности, «живучести» и технологичности изделия.
Полученные результаты легли в основу разработки и создания экспериментального образца автономной энергоустановки в рамках НИОКР «Разработка источника тока на основе твердооксидных топливных элементов мощностью 1,5 кВт для электроснабжения объектов магистральных газопроводов» по заказу ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» при научно-техническом сопровождении ИВТЭ УрО РАН в ООО «Завод электрохимических преобразователей» (г. Новоуральск) и ЗАО «УралИнтех».
|
Основные показатели АИТ-ТОТЭ-1500 |
|
| Топливо Окислитель |
– природный газ – атм. воздух |
| КПД электрический, не менее, % | – 35 |
| Номинальная мощность (электрическая), кВт | – 1,5 |
| Номинальное напряжение,В:- постоянного тока- переменного тока, 50 Гц |
– 24 – 220 |
| Габаритные размеры энергетического блока (ВхГхШ), мм | – 1700 х 1300 х 1100 |
| Масса, не более, кг | – 170 |
| Расход топлива, Нм3/час | – 0,40 ± 0,02 |
Потенциальные потребители:
Разработчики катодной защиты нефте- и газопроводов; организации, занимающиеся автономными электрогенераторами малой и средней мощности; организации – разработчики автономных систем жизнеобеспечения.
Основные преимущества энергоустановки:
– Высокий КПД (общий до 90% в режиме когенерации);
– Генерация высокопотенциального тепла;
– Модульность и простота конструкции;
– Универсальность по видам газифицированного топлива;
– Минимальная потребность в техобслуживании (1 раз в год);
– Отсутствие необходимости подачи форминг-газа при разогреве;
– Возможность организации автономной эксплуатации.
Энергоустановка востребована во многих отраслях народного хозяйства и специальных приложениях. 21 августа 2013 года энергоустановка была продемонстрирована на выставке «День инноваций Министерства обороны РФ» в г. Москве, где была отмечена Министром обороны Шойгу С.К. за заслуги в области развития и внедрения инновационных технологий.
- Твердооксидные электролизеры для получения водорода и кислорода (ТОЭ)
ТОЭ позволяют получать кислород из продуктов жизнедеятельности человека (углекислый газ и пары воды), что является основой для создания замкнутых систем жизнеобеспечения. ТОЭ также позволяют получить высокочистый водород путем электролитического разложения водяного пара со значительно меньшими затратами, чем у низкотемпературных электролизеров.
- Электрохимические конвертеры для получения водорода (ЭХК)
ЭХК предназначен для получения чистого водорода путем электрохимической конверсии горючих газов водяным паром. Источником энергии для проведения процесса служат газовые смеси, содержащие Н2 и СО, получаемые конверсией или газификацией природных или техногенных топлив.
- Электрохимические кислородные насосы
Устройство кислородного насоса
Кислородные насосы служат для:
– получения кислорода из воздуха,
– получения кислородсодержащих смесей,
– очистки газов от кислорода.
- Электрохимические газовые сенсоры
Различные виды газовых сенсоров
Газовые сенсоры на основе твердых оксидных электролитов
предназначены для анализа газовых сред в лабораторной и технологической практике, для экологического мониторинга.
С помощью этих устройств можно проводить измерения содержания:
– водорода в газовых смесях;
– кислорода в смесях с другими газами;
– в расплавах;
– СО (угарного газа) в воздухе;
Газоанализатор кислорода
– горючих газов в воздухе (напр., метана в воздухе угольных шахт);
-оксидов азота и углерода, а также углеводородов в продуктах горения, в воздухе.
На базе твердоэлектролитного сенсора в институте разработан оптимизатор сжигания топлива, позволяющий экономить до 15 % топлива в малых котельных и ТЭЦ.
ИВТЭ ведет работы по созданию сенсоров для определения взрывоопасных и вредных веществ в воздухе.
