Материалы курса лекций для аспирантов кафедры физики полимеров и кристаллов

«Основы топливных элементов»

Преподаватели: н.с. Чертович В.А., доц. Галлямов М.О., н.с. Кондратенко М.С.

Вопросы к экзамену по спецкурсу «Основы топливных элементов»:

1. Электрохимические реакции. ЭДС электрохимической цепи в равновесии. Уравнение Нернста.
2. Электрод сравнения. Стандартные электродные потенциалы. Трехэлектродная электрохимическая ячейка.
3. Массоперенос в электрохимических системах. Диффузионный контроль скорости квазиравновесного процесса. Отклик системы без конвекции на ступенчатое изменение потенциала и линейную развертку потенциала. Уравнение Котрелла. Отклик системы с конвекцией на линейную развертку потенциала.
4. Кинетика электрохимических реакций. Медленная стадия переноса заряда. Уравнение Батлера-Фольмера. Уравнение Тафеля.
5. Кинетика электрохимических реакций. Разделение кинетического и диффузионного вкладов. Вращающийся дисковый электрод. Вращающийся дисковый электрод с кольцом. Уравнение Левича. Уравнение Коутецкого-Левича.
6. Идеально поляризуемый электрод. Потенциал нулевого заряда. Строение двойного электрического слоя.
7. Циклическая вольтамперометрия как метод изучения строения двойного слоя и адсорбции на электродах.
8. Принцип действия ТЭ, преобразование энергии в ТЭ, ЭДС ТЭ, потенциальные преимущества ТЭ и причины интереса к ТЭ.
9. Устройство мембранно-электродного блока ТЭ.
10. Практическое использование ТЭ в приложениях (транспортные и стационарные): текущая ситуация и перспективы.
11. Типичная вольт-амперная характеристика ТЭ, эффективность ТЭ и основные механизмы потерь.
12. Ресурсные характеристики ТЭ.
13. Дизайн и структура активного слоя ТЭ, понятие о трехфазной границе.
14. Катализаторы для ТЭ, кривая вида "вулкан".
15. Способы и принципы классификации ТЭ.
16. Щелочные ТЭ.
17. Фосфорнокислотные ТЭ.
18. ТЭ на основе расплавов карбонатов.
19. Твердооксидные ТЭ.
20. Полимерные электролиты, основные типы.
21. Основные требования к мембране ТЭ, ее свойства и характеристики. Баланс проводимости и механических свойств.
22. Перфторированные полимерные сульфокислоты: Нафион и аналоги. Основные свойства и связь со структурой.
23. Углеводородные полимерные сульфокислоты, отличительные особенности.
24. Протонная и ионная проводимость полимерной мембраны, закон Аррениуса, активационный барьер, механизм Гротгуса.
25. Проблема баланса воды в МЭБ низкотемпературных полимерных ТЭ.
26. Механизмы деградации полимерных мембран.
27. Полимерные мембраны на основе полибензимидазолов.
28. Отличительные особенности ТЭ на ПБИ матрицах.
29. Цели и возможные стратегии увеличения рабочей температуры полимерных ТЭ.
30. Способы получения композитных мембран.
31. Композитные полимерные мембраны: регуляторы содержания воды, концепция самоувлажнения.
32. Композитные полимерные мембраны: жидкие протон-проводящие допанты.
33. Композитные полимерные мембраны: твердые протон-проводящие включения.
34. Спектроскопия электрохимического импеданса. Импеданс идеально поляризуемого электрода.
35. Фарадеевский импеданс. Схема Рэндлса.
36. Диффузионный импеданс Варбурга. Случаи полубесконечной диффузии, диффузии в слое конечной толщины, диффузии с блокированной границей.
37. Длинная линия как модель распределенного электрода. Телеграфные уравнения. Импеданс длинной линии.
38. Математические (аналитические и компьютерные) модели ТЭ. Когда их имеет смысл строить и применять.
39. Пространственно-временная иерархия методов компьютерного моделирования.
40. Основные принципы компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.
41. Молекулярное моделирование протон-проводящей мембраны: параметры модели и получаемые результаты.
42. Построение численной модели мембранно-электродного блока.
43. Дополнительные материалы и компоненты ТЭ (ГДС, прокладки, биполярные пластины), типичные материалы и основные требования к ним.