Твердоаксидные топливные элементы - технологиям будущего

Издательством Российского федерального ядерного центра в Снежинске выпущен сборник научно-технических статей «Твердооксидные топливные элементы» (сост. В.П. Брусенцов). В нем отражены результаты исследований по твердооксидным топливным элементам (ТОТЭ) и генераторам на их основе, проведенных в РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина в 1990–2001 годах. Свои труды в редакцию представили сотрудники ВНИИТФ, Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН (Екатеринбург), Харьковского политехнического университета и московского «Энергоцентра».               

В статьях рассматриваются теоретические вопросы топливных элементов (введение в термодинамику топливного элемента, электроэнергетика ТОТЭ, перспективы применения электроустановок на топливных элементах и др.). Подробно освещаются вопросы технологии и исследования их свойств, конструктивные решения элементов и модулей энергетических установок, проведен анализ уровня отечественных и зарубежных разработок, перспективы их развития и применения.

О том, как появилась такая тематика в научном центре, который был создан почти полстолетия назад для разработки ядерного оружия и изучения его действия, рассказывает в предисловии научный руководитель РФЯЦ-ВНИИТФ академик РАН Е. Н. Аврорин. С 1970 г. во ВНИИ приборостроения (будущем РФЯЦ-ВНИИТФ) все больше внимания уделяется решению проблем мирного использования ядерных зарядов. В течение последних двадцати лет ученые Снежинска разработали и использовали более 120 таких зарядов для создания подземных хранилищ природного газа и  утилизации промышленных отходов, а также для интенсификации газодобычи, дробления руды, сейсморазведки, перекрытия газовых фонтанов и т.д. В те же семидесятые годы Е.И. Забабахин, Л.П. Феоктистов и Ю.А. Зысин инициировали теоретические и экспериментальные работы в области инерциального термоядерного синтеза. В конце 80-х годов директор Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН академик А.Н. Барабошкин предложил снежинцам совместно разрабатывать топливные элементы, а с начала 90-х в Федеральном ядерном центре разрабатывается концепция взрывной дейтериевой энергетики для получения тепловой и электрической энергии при ограниченных и локализованных ядерных взрывах в котлах взрывного сгорания. Все эти работы стали базой для специалистов института, занявшихся новым, конверсионным, направлением — топливными элементами.

В связи с тем, что топливные элементы позволяют осуществлять прямое преобразование химической энергии топлива непосредственно в электрическую энергию с более высоким коэффициентом полезного действия и с меньшими экологическими последствиями, энергетические установки, в которых они используются, в последние два десятилетия привлекают все большее внимание. Над созданием топливных элементов работают многие коллективы Минатома России. В Обнинске разрабатываются твердооксидные топливные элементы. В Сарове — расплавкарбонатные топливные элементы. В Москве и Протвино исследуются топливные элементы на полимерных мембранах, а на Уральском электрохимическом комбинате (Новоуральск) — щелочные и фосфорнокислые топливные элементы.

Сотрудники РФЯЦ-ВНИИТФ в рамках технического предложения на энергетическую установку  с электрохимическим генератором на ТОТЭ установленной мощностью 100 кВт разработали варианты такой установки с воздушной и паровой конверсией природного газа, а созданная ими конструкция  установки мощностью 0,4–1 кВт с электрохимическим генератором на ТОТЭ вообще не имеет аналогов. Изготовлена и испытана также конструкция ТОТЭ с катодом на наружной поверхности и засыпным анодным токосъемом, позволяющая повысить мощность ТОТЭ, есть и другие актуальные разработки.

Сборник «Твердооксидные топливные элементы» рассчитан на специалистов, работающих в области создания электрохимических устройств различного назначения на основе твердых электролитов, а также на научных сотрудников, аспирантов и студентов, специализирующихся в области электрохимии и физической химии твёрдого тела.

В. Захарова, г. Снежинск