Возможности и применение нанотехнологий в разработке и организации производства энергоустановок на водородном топливе Федеральное государственное унитарное предприятие «Уральский электрохимический комбинат» Стихин Александр Семенович – директор Завода электрохимических преобразователей УЭХК

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

3 ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Годы Средний размер пор, нм Использовались для диффузионного разделения изотопов урана Уральский электрохимический комбинат

4 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 Тип порошкаУдельная поверхность, м 2 /г Размер кристаллитов, нм Содержание Ni, % Содержание О 2, % Электрохимический порошок 0,1832,999,60,07 Эрозионный порошок ,02-6 Термохимический порошок (черный) ,59,5* *кислород специально вводится в никелевый порошок для предотвращения самовозгорания

5 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

6 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

7 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК фильтрующих элементов УЭХК с ведущими западными фирмами-изготовителями Уральский электрохимический комбинат Технико-экономические характеристики ФЭ Производитель Ultrafilter (U) Германия P-SRF 10/30 Pall (P) США AB1PFR7PVH 4 УЭХК Россия ФЭН-С 254/А30 Эффективность очистки от частиц 10нм, %99,99999 Количество стерилизаций по паспорту (ресурс) Количество стерилизаций фактически на линии стерилизации молока (по данным потребителя) Цена за элемент фильтрующий, Цена одного цикла стерилизации фактически (Ц), 6,002,130,81 ЦU,P /ЦУЭХК7,402,631

8 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР «ВОЛНА-20» Батарея топливных элементов Уральский электрохимический комбинат Характеристики Мощность1 кВт Напряжение27 В Реагенты водород кислород Давление0,4 МПа Масса65 кг Ресурс500 ч

9 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР «ФОТОН» Уральский электрохимический комбинат Характеристики Мощность10 кВт Напряжение27 В Реагентыводород кислород Давление 0,4 МПа Масса145 кг Ресурс2000 ч Габариты 920х720х360 Блок автоматики Энергоблок Батарея топливных элементов

10 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР «ФОТОН-МВК» Характеристики Мощность45 кВт Напряжение240 В Реагентыводород кислород Давление 0,4 МПа Масса145 кг Уральский электрохимический комбинат

11 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР «ФОТОН-МВВ» Характеристики Мощность25 кВт Напряжение240 В Реагентыводород воздух Давление 0,4 МПа Масса145 кг Уральский электрохимический комбинат

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

13 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭХГ для ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ фирмы SIEMENS и УЭХК Уральский электрохимический комбинат ХарактеристикаSIEMENSУЭХК Мощность, кВт35,455 Напряжение, В52, Электрохимический КПД при мощности номинальной и 20% от номинальной, % 59/7570/79 Габариты, м0,5х0,5х1,60,55х0,78х1,66 Вес, кг Ресурс, чНе указано (по результатам испытаний одного элемента 8000) (по результатам испытаний ЭХГ «Фотон»), по результатам испытаний батареи (128 элементов) Состояние разработкиПрошли испытания в составе лодки (проект 212). Принята на вооружение. Разработан технический проект. Изготовлена батарея.

14 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

15 Уральский электрохимический комбинат Параметр21НВ-718НВ-85 Номинальная электрическая ёмкость, А. ч1485 Количество единичных аккумуляторов в батарее, шт.2818 Напряжение разряда, В Номинальная энергоёмкость, Вт. ч Масса, кг738 Объём, л2,520 Удельная энергоёмкость, Вт. ч / кг Вт. ч / л ,3 97,5 ХАРАКТЕРИСТИКИ НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

16 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.

17 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ: серийной, разработка ЗАО «ОЗ НИИХИТ» (20НКБН-25-У3) и разработки УЭХК (20KSX25 Р-У03) Уральский электрохимический комбинат Наименование параметра20НКБН-25-У3 (ЗАО «ОЗ НИИХИТ») 20KSX25 Р-У03 (УЭХК) Номинальное напряжение, В2424 Номинальная ёмкость, А ч 2525 Масса, кг, не более2425 Допустимое значение тока нагрузки (ток КЗ), А, не менее не нормируется1550 Ток непрерывной нагрузки, А Диапазон температур с обеспечением разрядных характеристик, о С от минус 20 до плюс 50 от минус 30 до плюс 50 Минимальная наработка, циклы Срок сохраняемости в заряженном состоянии, сутки 3090 Срок сохраняемости до ввода в эксплуатацию, лет2 года 4 мес. 5 лет Срок службы по техническому состоянию, лет, не менее 810 Гарантийный срок, лет55

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

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

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

21 СНИЖЕНИЕ НАВЕСКИ ДРАГМЕТАЛЛОВ В КАТАЛИЗАТОРЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Уральский электрохимический комбинат

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

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

24 СТОИМОСТЬ РАЗРАБОТКИ ЭтапЭтап 1Этап 2Этап 3 Год2008 г.2009 г.2010 г. Направление работыФинансирование, тыс. руб. Снижение расходов драгоценных металлов Подготовка электропроводного носителя катализатора Непрерывная прокатка электродных подложек2000 Электролитоноситель из двуокиси циркония или окиси магния 4000 Всего, тыс. рублей Уральский электрохимический комбинат

25 ВНЕДРЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЗВОЛИТ: Уральский электрохимический комбинат улучшить экологическую обстановку во всех населенных пунктах, особенно в крупных городах (транспорт не будет давать вредных выбросов); 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. 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.

26 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 СО 2. УЭХК, Химмаш, УГТУ-УПИ, УРГУ. Автоматическое управление. НПО «Автоматики». ЭХГ. УЭХКПриборы систем обеспечения. УЭМЗ Автоматическое управление. НПО «Автоматики» Газоснабжение. Предприятия Свердл. обл. Уральский электрохимический комбинат

27 Благодарю за внимание Федеральное государственное унитарное предприятие «Уральский электрохимический комбинат» Информация для контакта: Факс: Факс: (34370) , тел.: (34370) , , г. Новоуральск, ул. Дзержинского,