|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Разработка принципов и оптимизация условий функционирования электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной H2 / BrO3- полимер-электролитной редокс-батареиНИР
Development of principles and optimization of operating conditions of the electrochemical reactor for the regeneration of the oxidant flow H2 / BrO3- polymer electrolyte redox battery
- Руководитель НИР: Антипов Е.М.
- Ответственный исполнитель: Антипов А.Е.
- Участники НИР: Борисевич Е.И., Воротынцев М.А., Григорьева Л.Д., Корякин С.Л., Красильников А.В., Лизгина К.В., Мельников А.П., Петров М.М., Пирязев А.А., Пичугов Р.Д., Родыгин А.И.
- Подразделение: Факультет фундаментальной физико-химической инженерии
- Срок исполнения: 29 сентября 2016 г. - 31 декабря 2018 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14.607.21.0143
- Тип: Прикладная
- Приоритетное направление научных исследований: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
-
Рубрики ГРНТИ:
- 44.41.29 Установки прямого преобразования химической энергии в электрическую
- 61.31.39 Бром, фтор, йод и их соединения
- 61.31.59 Электрохимические производства. Электроосаждение. Химические источники тока
-
Ключевые слова:
водородно-броматная редокс-батарея, электроокисление бромид-аниона
bromide electrooxidation, hydrogen-bromate redox battery -
Описание:
Проект направлен на создание прототипа полностью функционального устройства, осуществляющего электрохимическое окисление бромид-содержащих соединений для получения исходного, пригодного к повторному применению в проточной броматно-водородной редокс-батарее окислителя.
-
Abstract:
The project aims to create a fully functional prototype of the device performing the electrochemical oxidation of bromide-containing compounds to produce the original oxidant, suitable for re-use in running bromate-hydrogen redox batteries.
-
Планируемые результаты:
В ходе выполнения ПНИЭР должны быть получены следующие научно-технические результаты: 1. Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИЭР, отражающие результаты работ, требования к которым установлены в разделах настоящего Технического задания, содержащие в том числе: а) обзор современной научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме; б) описание результатов патентных исследований, оформленных в соответствии с ГОСТ 15.011-96. в) сравнительную оценку эффективности бромид-броматного энергетического цикла в зависимости от ионного состава используемых электролитов; это должно быть в составе ЭКД. д) описание методов анализа состава бром-содержащих электролитов, пригодных для мониторинга эффективности функционирования реактора регенерации. е) термодинамическую диаграмму потенциал-рН для системы бром-вода с учетом специфики ионного состава окислителя водородно-броматной проточной редокс-батареи и результат выбора материала электрода для проведения реакции электроокисления бромид-аниона в диапазоне потенциалов и рН, отвечающем целевой реакции образования бромата; ж) описание программного обеспечения для расчета массопереноса с учетом химической реакции образования бромата вблизи поверхности электрода в специальных гидродинамических условиях с комплектом документации, включающим описание программы, руководство программиста, руководство пользователя и текст программы. з) описание результатов исследования выхода по току реакции электроокисления бромида на выбранном электроде при помощи электрохимических методов; и) описание основных технологических узлов экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; к) функциональное описание узлов и агрегатов экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; л) описание результатов проведения исследовательских испытаний экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; м) анализ результатов исследовательских испытаний экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи с формулировкой соответствующих выводов; н) предложения и рекомендации по оптимизации экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; о) описание процесса изготовления экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; п) обобщение и формирование выводов по результатам ПНИЭР; р) описание результатов материально-технического обеспечения работ по созданию экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи для стационарного источника автономного энергоснабжения. 2. Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96. 3. Лабораторная методика анализа состава бром-содержащих электролитов, пригодных для мониторинга эффективности функционирования реактора регенерации. 4. Эскизная конструкторская документация на изготовление экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи (в соответствии с ГОСТ 2.125-2008) в составе: 4.1. ведомость эскизного проекта в соответствии с ГОСТ 2.106-96; 4.2. пояснительная записка в соответствии с ГОСТ 2.106-96; 4.3. схема функциональная в соответствии с ГОСТ 2.701-2008; 4.4. чертеж общего вида в соответствии с ГОСТ 2.109-73; 4.5. чертеж габаритный в соответствии с ГОСТ 2.109-73; 4.6. чертеж монтажный в соответствии с ГОСТ 2.109-73; 4.7. инструкция по эксплуатации в соответствии с ГОСТ 2.601-2006; 4.8. формуляр в соответствии с ГОСТ 2.601-2013 и ГОСТ 2.610-2006. 5. Экспериментальный образец электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи. 6. Программа и методики исследовательских испытаний экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи. 7. Проект технического задания на ОКР по теме «Создание прототипа батареи электрохимических реакторов для регенерации бромсодержащих водных многоэлектронных окислителей». 8. Программное обеспечение для расчета массопереноса с учетом химической реакции образования бромата вблизи поверхности электрода в специальных гидродинамических условиях, в составе: 8.1 описание программы в соответствии с ГОСТ 19.402-78; 8.2 руководство программиста в соответствии с ГОСТ 19.504-79; 8.3 руководство пользователя в соответствии с ГОСТ 19.505-79; 8.4 текст программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
-
Научный задел:
В предыдущих работах авторского коллектива было показано, что LiBrO3 представляет собой перспективный окислитель для проточных редокс батарей, обладающих чрезвычайно высокой плотностью энергии. При достаточно высокой концентрации протонов в системе может протекать ток с очень высокой плотностью, лимитируемый предельным диффузионным потоком бромата, что позволило ранее создать на основе исследуемого процесса устройство, эффективно генерирующее электрический ток электрохимическим путем. Побочный продукт - отработанный окислитель, генерируемый таким источником тока в ходе работы, нуждается в переработке и регенерации до исходного состояния, вновь пригодного для использования. На создание реактора регенерации для данного процесса и направлен проект.
-
Основные результаты:
В ходе выполнения ПНИЭР должны быть получены следующие научно-технические результаты: 1. Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИЭР, отражающие результаты работ, требования к которым установлены в разделах настоящего Технического задания, содержащие в том числе: а) обзор современной научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме; б) описание результатов патентных исследований, оформленных в соответствии с ГОСТ 15.011-96. в) сравнительную оценку эффективности бромид-броматного энергетического цикла в зависимости от ионного состава используемых электролитов; это должно быть в составе ЭКД. д) описание методов анализа состава бром-содержащих электролитов, пригодных для мониторинга эффективности функционирования реактора регенерации. е) термодинамическую диаграмму потенциал-рН для системы бром-вода с учетом специфики ионного состава окислителя водородно-броматной проточной редокс-батареи и результат выбора материала электрода для проведения реакции электроокисления бромид-аниона в диапазоне потенциалов и рН, отвечающем целевой реакции образования бромата; ж) описание программного обеспечения для расчета массопереноса с учетом химической реакции образования бромата вблизи поверхности электрода в специальных гидродинамических условиях с комплектом документации, включающим описание программы, руководство программиста, руководство пользователя и текст программы. з) описание результатов исследования выхода по току реакции электроокисления бромида на выбранном электроде при помощи электрохимических методов; и) описание основных технологических узлов экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; к) функциональное описание узлов и агрегатов экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; л) описание результатов проведения исследовательских испытаний экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; м) анализ результатов исследовательских испытаний экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи с формулировкой соответствующих выводов; н) предложения и рекомендации по оптимизации экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; о) описание процесса изготовления экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи; п) обобщение и формирование выводов по результатам ПНИЭР; р) описание результатов материально-технического обеспечения работ по созданию экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи для стационарного источника автономного энергоснабжения. 2. Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96. 3. Лабораторная методика анализа состава бром-содержащих электролитов, пригодных для мониторинга эффективности функционирования реактора регенерации. 4. Эскизная конструкторская документация на изготовление экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи (в соответствии с ГОСТ 2.125-2008) в составе: 4.1. ведомость эскизного проекта в соответствии с ГОСТ 2.106-96; 4.2. пояснительная записка в соответствии с ГОСТ 2.106-96; 4.3. схема функциональная в соответствии с ГОСТ 2.701-2008; 4.4. чертеж общего вида в соответствии с ГОСТ 2.109-73; 4.5. чертеж габаритный в соответствии с ГОСТ 2.109-73; 4.6. чертеж монтажный в соответствии с ГОСТ 2.109-73; 4.7. инструкция по эксплуатации в соответствии с ГОСТ 2.601-2006; 4.8. формуляр в соответствии с ГОСТ 2.601-2013 и ГОСТ 2.610-2006. 5. Экспериментальный образец электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи. 6. Программа и методики исследовательских испытаний экспериментального образца электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной водородно-броматной редокс-батареи. 7. Проект технического задания на ОКР по теме «Создание прототипа батареи электрохимических реакторов для регенерации бромсодержащих водных многоэлектронных окислителей». 8. Программное обеспечение для расчета массопереноса с учетом химической реакции образования бромата вблизи поверхности электрода в специальных гидродинамических условиях, в составе: 8.1 описание программы в соответствии с ГОСТ 19.402-78; 8.2 руководство программиста в соответствии с ГОСТ 19.504-79; 8.3 руководство пользователя в соответствии с ГОСТ 19.505-79; 8.4 текст программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
- Добавил в систему: Антипов Анатолий Евгеньевич
Источник финансирования НИР
| Средства Индустриального партнера, Софинансирование |
| ФЦП: Федеральная целевая программа, Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 29 сентября 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка принципов и оптимизация условий функционирования электрохимического реактора для регенерации окислителя проточной H2 / BrO3- полимер-электролитной редокс-батареи |
| Результаты этапа: В результате выполнения работ первого этапа были проведены следующие работы и получены следующие результаты: 1. Выполнен аналитический обзор современной научно- технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, в том числе обзор научных информационных источников: статей в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографий и патентов. В рамках проведенного обзора выполнен анализ удельных характеристик и ресурсных ограничений при масштабном внедрении бром-водородных проточных батарей, сведены популярные в настоящее время способы получения броматов и бромсодержащих соединений. Выявлены основные факторы, ограничивающие применимость существующих способов. Проанализированы основные типы электролизных аппаратов, применяемых в настоящее время для решения сходных задач, собраны данные по устойчивости различных элементов и конструкционных материалов к воздействию агрессивных компонентов используемых электролитов. Рассмотрены перезаряжаемые электрохимические источники энергии, являющиеся наиболее близкими аналогами разрабатываемого бромид-броматного цикла и определены перспективные направления работ на следующих этапах. 2. Проведена сравнительная оценка эффективности бромид-броматного энергетического цикла в зависимости от ионного состава используемых электролитов. Данная оценка выполнена на основании термодинамических данных, собранных членамиколлектива исполнителей проекта. 3. Произведен выбор методов анализа состава бром-содержащих электролитов, пригодных для мониторинга эффективности функционирования реактора регенерации. В рамках выполнения данной работы разработана лабораторная методика анализа состава бром-содержащих электролитов, пригодных для мониторинга эффективности функционирования реактора регенерации. 4. В соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 проведены патентные исследования с целью выявления уровня техники по способам регенерации окислителя проточных редокс-батарей. Также данные исследования проведены с целью избежания возникновения факта нарушения прав интеллектуальной собственности третьих лиц в результате выполнения работ по проекту и получения РИД в рамках проекта на последующих этапах. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Исследование кинетики электроокисления бромид-содержащих растворов в условиях, моделирующих функционирование электрохимического реактора регенерации окислителя проточной броматной редокс-батареи |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Создание экспериментального прототипа реактора электроокисления бромид-содержащих растворов и определение эффективности его функционирования в различных режимах. Анализ применимости реактора в стационарных и переносных регенерационных установках |
| Результаты этапа: Создан экспериментальный прототип реактора электроокисления бромид-содержащих растворов. Его эффективность оптимизирована по результатам проведенных исследовательских испытаний реактора, а в результате выполнения проекта показаны функциональные границы применимости разработанного реактора в различных режимах для стационарных и переносных регенерационных установок. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".