Возможности и применение нанотехнологий в разработке и организации производства энергоустановок на водородном топливе

НЕМНОГО ИСТОРИИ …
Уральский электрохимический комбинат
Для обогащения урана изотопом U-235 в 40-х годах был выбран диффузионный метод.
Пуск завода - 1949 год.
Научный руководитель - академик И.К. Кикоин.
Сердце диффузионной машины - мелкопористые фильтрующие элементы из ультрадисперсного никелевого порошка.

ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Использовались для диффузионного разделения изотопов урана
Уральский электрохимический комбинат

НИКЕЛЕВЫЙ ПОРОШОК
6
Применяются в технологических процессах изготовления электродных пластин щелочных аккумуляторов, пористых фильтрующих материалов, а также при создании износоустойчивых покрытий на деталях авиационных двигателей.
Уральский электрохимический комбинат
*кислород специально вводится в никелевый порошок для предотвращения самовозгорания

Уральский электрохимический комбинат
Изготавливаются методами непрерывной прокатки и последующего спекания из электролитических никелевых порошков в виде навитых рулонов или нарезанных пластин.
Применяются при изготовлении пористых фильтрующих материалов и электродных пластин щелочных аккумуляторов.
НИКЕЛЕВЫЕ ПРОКАТНЫЕ ЛЕНТЫ

СМЕННЫЕ ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
И ФИЛЬТРЫ
Уральский электрохимический комбинат
Фильтрующие элементы на основе никелевых порошков, предназначены для очистки технологических газов в микроэлектронной, атомной и др. отраслях промышленности; стерилизующей очистки газов в пивной, молочной, микробиологической и др. отраслях промышленности

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК фильтрующих элементов УЭХК
с ведущими западными фирмами-изготовителями
Уральский электрохимический комбинат

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
«ВОЛНА-20»
Батарея топливных элементов
Уральский электрохимический комбинат
Характеристики
Мощность 1 кВт
Напряжение 27 В
Реагенты водород
кислород
Давление 0,4 МПа
Масса 65 кг
Ресурс 500 ч

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
«ФОТОН»
Уральский электрохимический комбинат
Характеристики
Мощность 10 кВт
Напряжение 27 В
Реагенты водород
кислород
Давление 0,4 МПа
Масса 145 кг
Ресурс 2000 ч
Габариты 920х720х360
Блок автоматики
Энергоблок
Батарея топливных элементов

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
«ФОТОН-МВК»
Характеристики
Мощность 45 кВт
Напряжение 240 В
Реагенты водород
кислород
Давление 0,4 МПа
Масса 145 кг
Уральский электрохимический комбинат

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
«ФОТОН-МВВ»
Характеристики
Мощность 25 кВт
Напряжение 240 В
Реагенты водород
воздух
Давление 0,4 МПа
Масса 145 кг
Уральский электрохимический комбинат

ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ЭХГ
ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ
(разработан технический проект)
Уральский электрохимический комбинат

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭХГ для ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ
фирмы SIEMENS и УЭХК
Уральский электрохимический комбинат

Никель-водородная аккумуляторная батарея 18НВ-85
Комплект батарей
18НВ-85 для спутников связи “Ямал” (эксплуатируются с сентября 1999 г.)
Никель-водородная аккумуляторная батарея 21НВ-7
Уральский электрохимический комбинат
НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫЕ
АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Уральский электрохимический комбинат
ХАРАКТЕРИСТИКИ
НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫХ
АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Уральский электрохимический комбинат
Никель-кадмиевая авиационная аккумуляторная батарея
типа 20KSX 25 Р-У0З
Никель-кадмиевая аккумуляторная батарея для автобронетанковой техники
типа 20KSX 30/24-У05, 20KSX 60/12-У06
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ
АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ
РАЗРАБОТАННЫЕ УЭХК
Работы выполнены по ТЗ МО
Проведены государственные приёмочные испытания.
Проведены государственные наземные испытания.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ:
серийной, разработка ЗАО «ОЗ НИИХИТ» (20НКБН-25-У3) и разработки УЭХК (20KSX25 Р-У03)
Уральский электрохимический комбинат

Уральский электрохимический комбинат
БАТАРЕИ, РАЗРАБОТАННЫЕ УЭХК, ОБЕСПЕЧИВАЮТ:
требуемые эксплуатационные характеристики при существенно меньшей ёмкости;
имеют меньшую массу;
более высокую удельную мощность; большую продолжительность разряда при минус 30 оС;
больший срок службы;
допускают полный разряд;
могут храниться в разряженном состоянии.

ЭВОЛЮЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЕЙ
1,4 г/л
0,7 г/л
0,7 г/л
0,35 г/л
0,35 г/л
Уральский электрохимический комбинат

ЧАСТИЦЫ КАТАЛИЗАТОРА НА НОСИТЕЛЕ
В НЕЙТРАЛИЗАТОРАХ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
Pd
2 nm
Уральский электрохимический комбинат

СНИЖЕНИЕ НАВЕСКИ ДРАГМЕТАЛЛОВ
В КАТАЛИЗАТОРЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ
ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
40
16
10
3
0.2
Уральский электрохимический комбинат

КАТАЛИЗАТОР ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА
(БЕЗ НОСИТЕЛЯ)
Уральский электрохимический комбинат
100 нм

ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Уральский электрохимический комбинат
За счет уменьшения размеров частиц катализатора до (2-5 ) нм и введения носителя снизить содержание драгметаллов в Н2-О2 топливных элементах с 10 мг/см2 (2007 г.) до 3 мг/см2 в
2010 году и до 0,2 мг/см2 в 2013 году.
Создать технологии изготовления методом непрерывной прокатки пористых никелевых электродных подложек и безасбестового электролитоносителя из наноразмерных частиц окисей магния и циркония.
Это позволит уменьшить удельную стоимость электрохимического генератора тока на водородно-кислородных топливных элементах с 10000 $/кВт в 2007 году до 4000-5000 $/кВт в 2011г., до 2000-3000 $/кВт в 2013 году и довести ее к 2020 г. до ~100 $/кВт.

СТОИМОСТЬ РАЗРАБОТКИ
Уральский электрохимический комбинат

ВНЕДРЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЗВОЛИТ:
Уральский электрохимический комбинат
улучшить экологическую обстановку во всех населенных пунктах, особенно в крупных городах (транспорт не будет давать вредных выбросов);
уменьшить, а в перспективе и снять зависимость энергопроизводящих производств от ископаемого сырья.
Работы по предлагаемой тематике могут быть выполнены предприятиями Свердловской области: УЭХК, УЭМЗ, НПО «Автоматика» и др. с привлечением научно-исследовательских лабораторий Уральского отделения РАН и ВУЗов Екатеринбурга.

КООПЕРАЦИЯ
ПО РАЗРАБОТКЕ И ПРОИЗВОДСТВУ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ
ТЭ
ЭУ
ЭХГ
Приборы систем обеспечения. УЭМЗ.
Батарея топливных элементов. УЭХК.
Электролитоноситель из окислов Mg и Zr. УЭХК, ВОСТИО.
Катализаторы. УЭХК, институт физики металлов и институт электрофизики.
Носитель катализатора. Институт электрофизики и институт физики металлов.
Покрытия. Институт электрофизики и институт высокотемпературной электрохимии.
Коррозионные процессы. УЭХК, УГТУ-УПИ.
Очистка воздуха от СО2. УЭХК, Химмаш, УГТУ-УПИ, УРГУ.
Автоматическое управление. НПО «Автоматики».
ЭХГ. УЭХК
Приборы систем обеспечения. УЭМЗ
Автоматическое управление.
НПО «Автоматики»
Газоснабжение. Предприятия Свердл. обл.
Уральский электрохимический комбинат