ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Проблема создания энергосберегающих технологий является одной из главных задач современного техногенного общества. Успехи в развитии водородных технологий продемонстрировали, что использование водорода и водородсодержащих топлив приводит к качественно новым показателям в работе энергетических систем. В статье представлен аналитический обзор, посвященный водородной энергетике возобновляемых источников тока. Рассмотрены основные экспериментальные разработки, выполненные в Московском технологическом университете, по формированию новых эффективных материалов и устройств для альтернативной энергетики. Указаны типы электрических накопителей энергии на водороде, их преимущества и перспективы развития. Охарактеризованы основные виды аккумуляторных батарей, их устройство и классификация. Описаны проблемы интеграции возобновляемых источников энергии в электрическую сеть, технические и экономические аспекты. Приведены наиболее важные нанотехнологические проекты по преобразованию, накоплению энергии и энергосбережению. Подчеркнуто, что исследователями по всему миру активно ведутся работы по конструированию химических источников энергии, представляющих собой электрохимические устройства для преобразования свободной энергии химической реакции в электрическую энергию. Одним из таких источников энергии являются топливные элементы. Основное внимание в обзоре уделено рассмотрению принципов работы химических источников тока, в частности, водородно-воздушных топливных элементов с твердым полимерным электролитом. В качестве топлива можно использовать водород, метанол, этанол, муравьиную кислоту, биотопливо, в качестве окислителя - кислород воздуха. Топливный элемент способен вырабатывать электрическую энергию непрерывно по мере поступления топлива и окислителя. Рассмотрена ключевая часть топливного элемента - мембранно-электродный блок, его устройство и конструкция. Указаны перспективы развития водородной энергетики возобновляемых источников тока.

водородная энергетика, источники тока, топливные элементы

1. Bagotsky V.S., Skundin A.M., Volfkovich Yu. M. Electrochemical Power Sources: Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors. John Wiley & Sons, 2015. 400 p.

2. Stolten D., Emonts B. Fuel cell science and engineering: materials, processes, systems and technology. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2012. 1268 p.

3. Сигов А.С., Матюхин В.Ф., Мельников В.М. Космические солнечные лазерные электростанции для энергоснабжения северных регионов России // Энергетическая политика. 2016. № 4. С. 65-73.

4. Да Роза А. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы: учебное пособие. Пер. с англ. под редакцией С.П. Малышенко, О.С. Попеля. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект»; М.: Издательский дом МЭИ; 2010. 704 с.

5. Gandia L.M., Arzamedi G. Renewable hydrogen technologies: Production, purification, storage, applications and safety. Elsevier, 2013. 472 p.

6. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. М: Энергоиздат, 1981. 360 с.

7. Leung D. Y.C., Xuan J. Micro & Nano-Engineering of Fuel Cells. CRC Press, 2015. 338 p.

8. Коровин Н.В., Скундин А.М. Химические источники тока. М.: Издательство МЭИ, 2003. 740 с.

9. Antropov A.P., Ragutkin A.V., Yashtulov N.A. Micropower composite nanomaterials based on porous silicon for renewable energy sources // Int. J. Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering. 2016. V. 10. № 12. P. 1346-1349.

10. Подгорный Ю.В., Лавров П.П., Воротилов К.А., Сигов А.С. Влияние изменения спонтанной поляризации на вольт-амперные характеристики сегнетоэлектрических тонких пленок // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. № 3. С. 465-468.

11. Подгорный Ю.В., Вишневский А.С., Воротилов К.А., Сигов А.С. Моделирование вольт-амперных характеристик тонкопленочных сегнетоэлектрических структур с отрицательной дифференциальной проводимостью // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2013. № 2 (231). С. 59-69.

12. Stolten D., Emonts B. Fuel cell science and engineering: Materials, processes, systems and technology. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2012. V. 1-2. 1268 p.

13. Жемлиханов Т. Аккумуляторные батареи. Российские внешнеторговые потоки // Электротехнический рынок. 2015. № 2 (62). C. 28-30.

14. Каменев Ю.Б, Чезлов И.Г. Современные химические источники тока. Гальванические элементы, аккумуляторы, конденсаторы. М.: С-Пб: СПбГУКиТ, 2009. 90 с.

15. Яштулов Н.А., Патрикеев Л.Н., Зенченко В.О., Лебедева М.В., Зайцев Н.К., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладий-платина-пористый кремний для топливных элементов с прямым окислением муравьиной кислоты // Российские нанотехнологии. 2016. Т. 11. № 9-10. С. 45-50.

16. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Флид В.Р. Нанокомпозиты на основе палладия - высокоэффективные катализаторы для химических источников тока // Известия РАН. Сер. химическая. 2015. Т. 64. № 1. С. 24-28.

17. Яштулов Н.А. Электронодефицитные наночастицы платины и палладия на пористом кремнии // Вестник МИТХТ. 2011. Т. 6. № 3. С. 87-90.

18. Яштулов Н.А., Патрикеев Л.Н., Зенченко В.О., Смирнов С.Е., Лебедева М.В., Флид В.Р. Формирование и каталитические свойства материалов на основе пористого кремния с наночастицами платины // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 11-12. С. 91-96.

19. Tiwari G.N., Mishra R.K. Advanced renewable energy sources. RSC Publishing, Cambridge, 2012. 562 p.

20. Pedraza J.M. Electrical energy generation in Europe: The current situation and perspectives in the use of renewable energy sources and nuclear power for regional electricity generation. Cham; Heidelberg; New York; Dordrecht; London: Springer, 2015. 640 p.

21. Misak S., Prokop L. Green energy and technology. Operation characteristics of renewable energy sources (1 ed.). Springer Int. Publ. Switzerland. 2017. 235 p.

22. Cheng X., Shi Z., Glass N., Zhang L., Zhang J. A review of PEM hydrogen fuel cell contamination: Impacts, mechanisms, and mitigation // J. Power Sources. 2007. V. 165. № 2. P. 739-756.

23. Ghenciu A.F. Review of fuel processing catalysts for hydrogen production in PEM fuel cell systems // Current opinion in solid state and materials science. 2002. V. 6. № 5. P. 389-399.

24. Hartnig C., Roth C. Polymer electrolyte membrane and direct methanol fuel cell technology. Vol. 2: In-situ characterization techniques for low temperature fuel cells. Woodhead Publ. Ltd., 2012. 516 p.

25. Zhang J. PEM fuel cell electrocatalysts and catalyst layers. Fundamentals and applications. Springer Science & Business Media, 2008. - 1137 p.

26. Vielstich W., Lamm A. Handbook of Fuel Cells: Fundamentals, Technology, Applications. Wiley, 2003. 3826 p.

27. Basu S. Recent trends in fuel science and technology. New York: Anamaya Publ.; New Delhi, India, 2007. 375 p.

28. Vielstich W., Yokokawa H., Gasteiger H.A. Handbook of fuels: Fundamentals, technology and applications. Vol. 6. John Wiley & Sons: New York, 2009. 728 p.

29. Ghenciu A.F. Review of fuel processing catalysts for hydrogen production in PEM fuel cell systems // Current opinion in solid state and materials science. 2002. V. 6. № 5. P. 389-399.

30. Rabis A., Paramaconi R., Schmidt T.J. Electrocatalysis for polymer electrolyte fuel cells: Recent achievements and future challenges // ACS Catal. 2012. V. 2. № 5. Р. 864-890.

31. Tiwari J.N., Tiwari R.N., Singh G., Kim K.S. Recent progress in the development of anode and cathode catalysts for direct methanol fuel cells (review) // Nano Energy. 2013. V. 2. P. 553-578.

32. Тарасевич М.Р., Кузов А.В. Топливные элементы прямого окисления спиртов // Альтернативная энергетика и экология. 2010. Т. 87. № 7. С. 86-108.