Исследование характеристики полимерного электролитического мембранного топливного элемента

Тема: Исследование характеристики полимерного электролитического мембранного топливного элемента

Введение

1.1. Актуальность темы
1.2. Цель и задачи исследования
1.3. Научная новизна
1.4. Практическая значимость
1.5. Обоснование выбора методов исследования
1.6. Структура и логика работы

Глава 1. Литературный обзор

2.1. История и развитие топливных элементов
2.2. Виды топливных элементов и их характеристики
2.3. Принцип работы полимерного электролитического мембранного топливного элемента (ПЭМТЭ)
2.4. Материалы для мембран и электродов ПЭМТЭ
2.5. Современные тенденции и проблемы развития ПЭМТЭ
2.6. Анализ существующих исследований по повышению КПД ПЭМТЭ
2.7. Автоматизация и цифровое моделирование ПЭМТЭ

Глава 2. Теоретические основы

3.1. Электрохимические процессы в ПЭМТЭ
3.2. Тепло- и массообмен в ПЭМТЭ
3.3. Влияние параметров эксплуатации на эффективность ПЭМТЭ
3.4. Механизмы деградации мембран и электродов
3.5. Влияние давления и температуры на работу ПЭМТЭ
3.6. Особенности катализаторов и их влияние на КПД
3.7. Модели расчёта поляризационных потерь

Глава 3. Моделирование и расчёты

4.1. Методология моделирования ПЭМТЭ
4.2. Расчёт характеристик ПЭМТЭ при различных режимах работы
4.3. Влияние состава топлива и окислителя на эффективность
4.4. Анализ распределения температуры в мембране
4.5. Оптимизация параметров работы ПЭМТЭ
4.6. Влияние увлажнения мембраны на характеристики элемента
4.7. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными

Глава 4. Анализ результатов

5.1. Анализ зависимости напряжения и плотности тока
5.2. Оценка КПД при различных нагрузках
5.3. Влияние рабочих условий на долговечность
5.4. Сравнение с альтернативными топливными элементами
5.5. Экономическая оценка работы ПЭМТЭ
5.6. Перспективы внедрения в промышленность
5.7. Автоматизированные системы контроля работы ПЭМТЭ

Глава 5. Выводы и рекомендации

6.1. Основные выводы исследования
6.2. Рекомендации по улучшению характеристик ПЭМТЭ
6.3. Перспективные направления дальнейших исследований

Список литературы

(оформление по ГОСТ)

Приложения

(графики, таблицы, дополнительные расчёты)

ВВЕДЕНИЕ

1.1 Актуальность темы В современном мире наблюдается тенденция к переходу на альтернативные источники энергии, обусловленная исчерпаемостью традиционных топливных ресурсов и необходимостью сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу. Интенсивное развитие промышленности, транспорта и энергетики требует новых решений в области экологически чистых и возобновляемых источников энергии. Одним из наиболее перспективных направлений в этой области является водородная энергетика, основанная на использовании топливных элементов, среди которых полимерные электролитические мембранные топливные элементы (ПЭМТЭ) занимают особое место.

ПЭМТЭ обладают рядом преимуществ перед традиционными технологиями выработки электроэнергии: высокой эффективностью преобразования энергии, низким уровнем вредных выбросов, компактностью, возможностью работы в широком диапазоне нагрузок. Они находят применение в различных сферах: от портативных устройств и автомобильной промышленности до стационарных энергетических установок и космических технологий [1, 2].

В последние десятилетия наблюдается значительный рост числа исследований, направленных на повышение эффективности работы ПЭМТЭ. Основное внимание уделяется разработке новых материалов для мембран и катализаторов, снижению стоимости компонентов, увеличению срока службы и повышению устойчивости элементов к неблагоприятным условиям эксплуатации. Однако, несмотря на достигнутые успехи, остаются нерешённые проблемы, такие как деградация мембран, снижение эффективности при длительной эксплуатации, влияние состава топлива и окислителя, а также необходимость использования дорогостоящих катализаторов на основе платины [3, 4].