Иновативни презареждаеми цинк-въздушни клетки

Рaботни пакети 1 и 2: Двата пакета се разработват паралелно. Те имат идентична по генерална стратегия дейност, насочена към изследване и разработване на двата основни компонента на цинк-въздушната клетка – електродите. При наличието на вътрешни стандарти (след 6 мес.) ще бъдат разработени в паралел и тествани 3 варианта за безвъглероден газо-дифузионен електрод: ГДЕ получен по керамична технология: студено пресоване и синтероване; получен чрез горещо пресоване и композитен ГДЕ на база катализатор (СО₃О₄; NiCO₂O₄) и Ni, получен чрез химична редукция.

Дейностите ще преминат през три оптимизационни цикъла “изработване – охарактеризиране/тестване/анализ”. След 18-ти месец електрохимично охарактеризиране и тестване ще продължи и в конфигурация на цяла клетка в РП4 с най-добрите електроди.

В Работен пакет 3 и 2 се организират и/или разработват иновативни изследвания за електрохимично охарактеризиране на образците изготвяни в РП 1 и РП2. Целта е да се разработят алгоритми, които да осигурят надеждна информация за изучаването на деградационните механизми, от които зависи жизненият цикъл на клетката, в т.ч. и на нейните компоненти. Времето на живот се определя експериментално чрез броя заряд/разрядни цикли. При стандартни тествания с ниски токове, симулиращи реалните условия, тестванията ще са проблемни поради голямата продължителност на експериментите. В Работната програма на ИНОВИ е заложено ускорение чрез повишаване на токовите плътности. Условията на ускорените тестове не бива да предизвикват необратими промени в системата. Задачата е: (1) да се установят допустимите експериментални условия, при които ускореното тестване няма да промени състоянието на системата и (2) да се изготвят протоколи за тествания на двата електрода (в конфигурация на полуклетка) и на цяла клетка. Експериментална верификация ще бъде извършвана върху вътрешните стандарти.

За оценка времето на живот и състоянието на здраве, както и надеждна информация за мехнизмите на деградация ще бъде използван друг алгоритъм, т.н. “Анализ на Диференциалното съпротивление (AДР)”, базиран на комбинацията от иновативен анализ на волт-амперните (i-V) характеристики и импедансен анализ в специфично подбрани работни точки. Методът се развива от ИЕЕС и е апробиран за горивни клетки. В рамките на ИНОВИ той ще бъде апробиран за батерии, където условията на измерване за получаване на сравнителна информация трябва да бъдат съобразени със състоянието на зареденост на системата цинк-въздух.

Бифункционалните катализатори ще бъдат изследвани на атомарно ниво чрез техниките на неутронно разсейване, които осигуряват уникална информация за структурите и динамиката на молекулните процеси при катализ и имат връзка с много от най-важните и актуални каталитични системи и процеси, включително микропорести и нано- структурирани катализатори. Особено внимание ще бъде отделено на използваните оксидни катализатори с перовскитна структура, които за първи път се адаптират от ТОГК, поради което отсъства информация за тяхното приложение за обратими клетки цинк-въздух. Предвижда се определяне на кристалната структура на подбраните катализатори като изходни материали и като компоненти, т.е. след подлагане на технологични операции и оценяване на каталитичната ефективност.

Изследванията в Работен пакет 4 започват през месец 19 и са на ниво цяла клетка с използване на оптимизираните до момента в РП 1 и 2 електроди. Задачата е да бъдат изучени процесите на деградация при заложени две групи работни параметри: (1) архитектурата на клетката (Дейност 4.1) и (2) скорост на заряд/разряд и дълбочината на разряд (Дейност 4.2). Изследванията включват микроструктурно и електрохимично охарактеризиране с акцент върху методите развити в РП 3. Предвиждат се два оптимизационни цикъла “изработване/охарактеризиране/тестване/анализ” за най-добрата комбинация от параметри, получена след първия цикъл от изследвания.

През последните години се полагат усилия за сливане на областта на характеризиране на катализатора с тестване на активност/селективност чрез разработване на методи за in situ/operando охарактеризиране, които осигуряват както структурна, така и кинетична информация за катализатори с висока повърхност. Тази потенциална възможност е извън задачите на ИНОВИ, но имайки предвид интереса към обектите от страна на Изследователските центрове, може да бъде поставено начало за следващи дейности.