Магистратура
2022/2023
Научно-исследовательский семинар «Современные технологии создания ПОМТЭ и ТОТЭ»
Статус:
Курс обязательный (Физика)
Направление:
03.04.02. Физика
Кто читает:
Факультет физики
Где читается:
Факультет физики
Когда читается:
1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Охват аудитории:
для своего кампуса
Преподаватели:
Заворотная Ульяна Максимовна
Прогр. обучения:
Физика
Язык:
русский
Кредиты:
6
Контактные часы:
36
Программа дисциплины
Аннотация
На семинаре будут рассмотрены современные технологии как по созданию единичных топливных элементов (мембранно-электродных блоков (МЭБ)), так и батарей. Особое внимание будет уделяться технологии нанесения тонкопленочных пористых электродов в ПОМТЭ и тонкопленочного электролита и катоды в ТОТЭ. Семинар будут проводить сотрудники ООО «Инэнерджи» непосредственно участвующие в разработке данных технологий. В рамках семинара магистранты будут делать доклады (рефераты) по использованию топливных элементов в различных областях энергетики.
Цель освоения дисциплины
- формирование у обучающихся знаний о физических основах водородной энергетики; развитие способностей к критическому анализу и оценке современных научных достижений в области водородной энергетики, генерированию новых идей при решении исследовательских задач; формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных инструментов, методов получения и обработки данных в области анализа данных; получение обучающимися навыков самостоятельной исследовательской работы с использованием специфических экспериментальных методик; развитие навыков проведения профессиональной, в том числе научно-исследовательской деятельности в международной среде; получение практических знаний, умений и навыков, необходимых для правильной постановки экспериментальных исследований и, впоследствии, создания водородно-воздушных топливных элементов.
Планируемые результаты обучения
- Применяет физические методы теоретического и экспериментального исследования, методы математического анализа и моделирования для постановки задач по развитию, внедрению и коммерциализации новых наукоемких технологий.
- Представляет результаты проведенных физико-математических и прикладных исследований в виде конкретных рекомендаций, выраженных в терминах предметной области
- Использует знания современных проблем и новейших достижений физики в научно-исследовательской работе
- Проводит научные эксперименты и/или теоретические (аналитические и имитационные) исследования для их решения поставленных профессиональных задач
- Анализирует, верифицирует, оценивает полноту информации в ходе профессиональной деятельности, при необходимости восполнять и синтезировать недостающую информацию.
- формирование у обучающихся знаний о физических основах водородной энергетики;
Содержание учебной дисциплины
- Принцип работы топливного элемента. Электрохимические реакции, проходящие на электродах топливного элемента. КПД конверсии энергии топлива.
- Слой катализатора и газодиффузионный слой. Их роль в составе топливного элемента и способы изготовления.
- Виды протонпроводящих мембран. Перфторированные и углеводородные полимерные протонпроводящие мембраны. Функциональная роль мембран в составе топливного элемента.
- Влияние примесей в химической структуре полимерной матрицы на работу топливного элемента. Производительность и КПД топливных элементов, работающих на водороде и на метане.
- Деградационная устойчивость мембран в топливном элементе. Методы повышения деградационной устойчивости протонпроводящих мембран. Оптимизация режимов работы мембранно-электродных блоков.
- Исследования протонной проводимости мембран различных типов. Электросопротивление как основная транспортная характеристика протонообменных мембран. Основы импедансной спектроскопии.
- Определения мощностных характеристик топливных элементов. Исследование вольт-амперных характеристик единичных водородно-воздушных топливных элементов.
- Связь между напряжением, током и мощностью, наблюдающаяся в процессе работы топливных элементов. Зависимость производительности топливных элементов от данных характеристик.
- Контроль баланса воды в мембранно-электродном блоке. Тепловой баланс, утилизация тепла. Потенциальные преимущества и недостатки от повышения/понижения температуры и влажности, при которых эксплуатируется мембранно-электродный блок.
- Методики ресурсных испытаний топливных элементов. Методики экстраполяции и проведения комбинированных испытаний.
- Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) планарной и аксиальной конструкций. Получение основ для микротрубчатых ТОТЭ. Методы экструзии и фазовой инверсии. Методы нанесения функциональных слоев ТОТЭ. ЭХГ на основе микротрубчатых ТОТЭ.
Элементы контроля
- Докладпредусматривает пять устных докладов, сделанных по результатам изучения предложенных преподавателем научных статей на протяжении 1-го и 2-го модулей. Представление доклада необходимо сделать в формате презентации. На каждый доклад отводится по 15 минут, с учетом вопросов
- ЭкзаменИтоговый контроль - экзамен в конце 2-го модуля. Проводится устно в формате беседы по программе курса. Билет содержит 1 вопрос по материалам лекций.
