Safety in TechnosphereSafety in TechnosphereБезопасность в техносфере1998-071X631010.12737/11880Методы и средства обеспечения безопасностиMethods and means of safetyМетоды и средства обеспечения безопасностиImproving the Efficiency and Safety of Operation of the Hydrogen Fuel CellПовышение эффективности работы и безопасность эксплуатации водородного топливного элементаЯкушинР. В.YakushinR. В.КутербековК. А.KuterbekovK. А.ГрафовД. Ю.GrafovD. Ю.КручининаНаталия ЕвгеньевнаKruchininaNataliya Evgen'evna
кандидат химических наук;доктор технических наук;
candidate of chemical sciences;doctor of technical sciences;
ДесятовАндрей ВикторовичDyesyatovAndryey Викторовичavdesyatov@mail.ruНурахметовТ. Н.NurakhmetovT. Н.Российский химико-технологический университет им. Д.И. МенделееваD.Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia0807201508072015434043https://zh-szf.ru/en/nauka/article/6310/view
Актуальность исследований по упрощению конструкции и оптимизации режимов эксплуатации водородных топливных элементов (ТЭ) весьма высока. Безопасная работа
ТЭ требует проработки таких вопросов, как способ хранения водорода, особенности
герметизации конструкции и режим протекания массообменных процессов.
В результате проведенных исследований получены вольтамперные характеристики
мембранно-электродного блока при различных режимах подачи водорода и степени увлажненности воздуха. Показано изменение показателей мощности в зависимости от
предварительного увлажнения ионообменной мембраны.
The relevance of research to simplify the design and optimization of operating modes of the hydrogen fuel cell (FC) is very
useful. It requires consideration of issues such as the method of hydrogen storage, especially hermetization of setting and
the mode of occurrence of mass transfer processes to safe work fuel cell.
The current-voltage characteristics of the membrane-electrode unit in different modes of hydrogen supply and the degree of
moisture of the air have been obtained. The article shows the indicators of change in power depending on the pre-hydration
ion exchange membrane.
топливный элементводород.fuel cellhydrogen.
1. ВведениеВ настоящее время водородная энергетика рассматривается в качестве одного из основных технологических направлений энергетики будущего. К основным проблемам, препятствующим повсеместному внедрению устройств преобразования энергии водорода в электрическую (водородных топливных элементов), относятся высокая стоимость комплектующих и риски, связанные с использованием водорода. Безопасность эксплуатации водородных топливных элементов (ТЭ) напрямую связана с эффективностью технологии хранения водорода, конструкционными особенностями установки и выбранным режимом работы. Актуальность исследований по упрощению конструкции и оптимизации режимов эксплуатации водородных ТЭ весьма высока по причине необходимости соблюдения баланса между высокой эффективностью работы установки и соответствием нормам безопасности эксплуатации оборудования подобного класса [1, 2].ТЭ позволяет напрямую превращать энергию водородного топлива в электрическую энергию. При оптимизации режима работы всей установки необходимо учитывать, что электрохимическая реакция между водородом и кислородом протекает на электродах мембранно-электродного блока (МЭБ), состоящего из двух электродов с нанесенными на них каталитическими слоями и разделяющей их протонообменной мембраной [3].
Кириллов Н.Г. Водородная энергетика: проблемы внедрения и новые российские технологии //Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ. 2006. Т. 3. № 35. С. 11-17.Kirillov N.G. Hydrogen energy: challenges of implementing new Russian technology. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE, 2006, v. 3, i. 35, pp. 11-17 (In Russian).Филин Н.В. и др. Некоторые вопросы безопасности при хранении водорода и работа с ним // Цинтихимнефтемаш. 1971. № 5. С. 14-17.Filin N.V. Some of the safety issues when the hydrogen storage and handling. Cintihimneftemash. [Central Institute for Scientific and technical Information and Technicaleconomic Research on Chemical and Oil Engineering], 1971, v. 5, pp. 14-17 (in Russian).Багров В.В., Графов Д.Ю., Десятов А.В., Колесников В.А., Кутербеков К.А., Нурахметов Т.Н. Повышение эффективности твердополимерных топливных элементов энергоустановок для распределенной энергетики // Надежность и безопасность энергетики. 2013. № 4 (23). С. 78-80.Bagrov V.V., Grafov D.Ju., Desjatov A.V., Kolesnikov V.A., Kuterbekov K.A., Nurahmetov T.N. Improving the efficiency of the solid polymer fuel cell power plants for distributed power generation. Nadezhnost´ i bezopasnost´ jenergetiki [The reliability and security of energy], 2013, v. 4, i. 23, pp. 78-80 (in Russian).Нечитайлов А.А., Глебова Н.В., Кошкина Д.В., Томасов А.А., Зеленина Н.К., Терукова Е.Е. Особенности функционирования мембранно-электродного блока в составе воздушно-водородного топливного элемента // Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39, № 17. С. 17-26.Nechitailov A.A., Glebova N.V., Koshkina D.V., Tomasov A.A., Zelenina N.K., Terukova E.E. Specific features of operation of a membrane-electrode assembly of an airhydrogen fuel cell. Technical Physics Letters, 2013, v. 39, i. 9, pp. 762-766 (In Russian) .Добровольский Ю.А., Волков Е.В., Писарева А.В., Федотов Ю.А., Лихачев Д.Ю., Русанов А.Л. Протонообменные мембраны для водородно-воздушных топливных элементов // Рос. хим. общество им. Д.И. Менделеева. 2006. Т. L. № 6. С. 95-104.Dobrovol´skij Ju.A., Volkov E.V., Pisareva A.V., Fedotov Ju.A., Lihachev D.Ju., Rusanov A.L Proton-exchange membranes for hydrogen-air fuel cells. Ros. Him. Obshhestvo im. D.I. Mendeleeva. [The Russian chemical society named after D. Mendeleev], 2006, v. L, i. 6, pp. 95-104 (in Russian).Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки: состояние развития и проблемы // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2004. V. 10, N 18. P. 8-14.Korovin N.V. Fuel cells and electrochemical power plant. The present state and problems of the art of development. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2004, v. 10, i. 18, pp. 8-14 (In Russian).