В России придумали, как повысить качество топливных элементов: достаточно несколько химических добавок
В последние годы в мире всё более популярной становится водородная энергетика на основе твёрдооксидных топливных элементов (ТОТЭ), которые превращают химическую энергию в электрическую. И учёные постоянно бьются над вопросами повышения надёжности таких элементов и увеличения их срока службы. Свой метод повысить качество топливных элементов предложили специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета.
«Топливный элемент состоит из электролита, который обладает ионной проводимостью, и электродов (анод и катод), в которых происходит электрохимическая реакция. В упрощенном варианте устройство можно рассматривать как батарею, которая служит для прямого превращения энергии химической реакции в электрическую энергию и тепло с непрерывной подачей топлива и окислителя (воздуха)», — объясняет профессор кафедры химических технологий, доктор технических наук ПНИПУ Владимир Пойлов.
Процесс получения энергии в разных топливных элементах идентичен. Отличаются они материалом, из которых изготавливаются их компоненты, а также рабочими температурами. Сейчас учёные ищут оптимальный состав для создания электролитов и электродов, который покажет максимальную эффективность при низких температурах, то есть в диапазоне от 500°С до 700°С. Это температурный диапазон с минимальным уровнем коррозии и деградации, что положительным образом сказывается на долговечности топливного элемента. Сейчас большинство производителей используют диоксид циркония, стабилизированный иттрием, правда, стабильную работу он начинает демонстрировать только при температуре 1000°С и выше.
Учёные Пермского Политеха применили классический глицин-нитратный метод для получения мультидопированного (с несколькими добавками) твёрдого электролита на основе диоксида церия. Авторы разработки утверждают, что такой материал, стабилизированный определённым набором компонентов, прекрасно чувствует себя при необходимых 500–700°С.
«Мы растворяли нитраты этих металлов в деионизованной воде и добавляли глицин, используемый в качестве органического «топлива». Он образует комплексы с металлами, что способствует предотвращению выпадения осадков и равномерному распределению добавки. После полного растворения глицина мы выпаривали полученный раствор до тех пор, пока смесь не воспламенялась. В процессе этой реакции выделяется большое количество газов, и образуются твердые мелкие частицы, которые в дальнейшем составят основу электролита», — поделился магистрант кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Никита Фаустов.
Рентгенофазовый анализ полученных образцов показал отсутствие примесей, правильно развитую структуру материала и соответствие реального состава теоретическому. Это говорит о том, что разработанный в Пермском политехе метод имеет перспективы для использования в производстве электролитов на основе диоксида церия, стабилизированных несколькими добавками.