Водородные
топливные элементы

Самая эффективная технология преобразования химической энергии топлива в электрическую энергию.

Преимущества водородных топливных элементов

Преимущества водородных топливных элементов

Водородный топливный элемент (ВТЭ) — это устройство, которое преобразует химическую энергию водорода и кислорода в электрическую энергию через электрохимическую реакцию.

Ключевыми преимуществами водородных топливных элементов являются их экологическая чистота и высокая эффективность. При этом водородные ТЭ работают практически бесшумно и без вибраций.

Возможность быстрой заправки водородных баллонов и высокая энергоёмкость водорода делают водородные ТЭ перспективным решением для транспортных нужд, включая беспилотные авиационные системы (БАС). ВТЭ также потенциально привлекательны для использования в электрических автомобилях, стационарных и портативных источниках энергии, а также в промышленности.

Разработка ВТЭ требует инноваций в областях материалов, конструкции и производственных технологий. Это открывает значительные возможности для создания новых технологических решений и бизнес-инициатив.

Планируется запуск линии по сборке водородных ТЭ мощностью 2-5 кВт для использования на летательных аппаратах. Собственная линия производительностью 4000 ТЭ в год позволит компании снизить зависимость от импорта и в перспективе развить лидерство в области водородных БАС в России.

Линия по производству водородных топливных элементов

Основные функции линии:

  • проверка герметичности биполярных пластин
  • проверка герметичности мембранного-электродных блоков (МЭБ)
  • загрузка МЭБ и биполярных пластин
  • установка торцевых пластин
  • укладка МЭБ и биполярных пластин в стек
  • выгрузка стеков с помощью шестикоординатного робота
  • ручная запрессовка стеков
  • ручная фиксация винтами
  • лазерная маркировка
  • тестирование стеков
  • выгрузка стеков с линии и др.

Подобные стеки могут широко применяться в таких областях, как авиация и транспорт.

Запуск линии
по производству водородных топливных элементов ИЮЛЬ 2024

Данное оборудование используется для производства и сборки стеков водородных топливных элементов для беспилотных летательных аппаратов.

Производственная линия обладает гибкостью, технологические процессы автоматизированы.
Информация представляется в цифровом виде с визуализацией и интеллектуальной обработкой.

Производственная мощность линии
4 000
стеков в год
20 МВт
в год
Диапазон мощности стеков
- от 2 кВт до 5 кВт.

Подобные стеки могут широко применяться в таких областях, как авиация и транспорт.

Технология

Производство водорода

Водород считается чистым топливом, так как его сгорание производит только водяные пары, не выделяя вредных выбросов и углекислый газ. Он может служить как эффективное средство хранения энергии, особенно для возобновляемых источников энергии. Водород можно производить в периоды избытка энергии и использовать по необходимости, независимо от времени и места.

Работа с водородом стимулирует исследования и инновации в области энергетики и новых технологий, что может привести к созданию более эффективных и экологически устойчивых решений.

Генератор водорода

На данный момент в активах проекта имеется генератор водорода — макетная установка для получения водорода методом электролиза воды.

Эта установка была спроектирована для нас Институтом физики твердого тела РАН (Черноголовка). Мы сотрудничаем с ИФТТ в рамках научно-исследовательских разработок уже не первый год.

Установка не только инновационная, она уникальна – аналогов нет ни в России, ни в мире.

Идея работы прибора состоит в запуске топливного элемента в регенеративном режиме – процессе, обратном потреблению топлива и получению электричества. 

То есть если в топливном элементе проводится реакция окисления (например, водорода кислородом) и выработка электричества, то в электролизном элементе электричество затрачивается на восстановление продуктов и образование топлива и окислителя (например, водорода и кислорода).

Март 2023
в лабораторных условиях была испытана система генерации водорода на высокотемпературных твердооксидных элементах.

Характеристики топливных элементов

Существует пять основных типов топливных элементов: твердополимерные (ТПТЭ), щелочные (ЩТЭ), фосфорнокислотные (ФКТЭ), карбонатно-расплавные (КРТЭ) и твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ). Основные характеристики основных типов ТЭ представлены в таблице. 

Представленные в таблице данные демонстрируют преимущества технологии ТОТЭ по сравнению с прочими ТЭ

Тип ТЭ
ТПТЭ
ЩТЭ
ФКТЭ
КРТЭ
ТОТЭ
Температура °C
80-100
65-250
150-220
600-1000
600-1000
Материалы анода
Pt/C, Pt-Ru/C
Pt/C, Pt-Co/C, Pt Pt-Pd/C
Pt/C, Pt-Ru/C
Ni-Al, Ni-Cr
Ni, NiO
Материалы катода
Pt/C
Ni (Pt)
Pt/C, Pt-WO₃/C
LiFeO₂
LaSrMnO₃
Материалы электролита
Полимерная мембрана (иономер)
KOH/NaOH на носителе
H₃PO₄ на носителе
LiKCO₃, LiNaCO₃ на носителе
ZrO₂, CeO₂, Y₂O₃
Диапазон мощностей
0,01 : 100 кВт
~ 100кВт
~ 100кВт
≥ 1 МВтТип ТЭ
≥ 1 МВт
Ресурс, ч
До 2∙10⁴
До 1∙10⁴
До 5∙10⁴
До 2∙10⁴
До 6∙10⁴

Водородные топливные элементы

Удельная мощность, Вт/кг