Уральские ученые разработали твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) с новым дизайном функциональных слоёв, что упрощает производство и снижает его стоимость. Разработка выполнена специалистами Уральского федерального университета (УрФУ) и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН при поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nanomaterials.
Новый подход предполагает использование для анода, катода и электролита материалов с идентичным ионным составом. Это повышает их совместимость, снижает химическое взаимодействие и увеличивает срок службы устройства. Как сообщил старший научный сотрудник Денис Осинкин, ключевые реагенты для производства — соединения лантана и галлия — добываются в России, что в перспективе позволит организовать полный производственный цикл внутри страны.
Одинаковый ионный состав всех функциональных слоев топливного элемента повышает их сродство друг с другом, благодаря этому значительно снижается химическое взаимодействие слоев. Это позволяет устройству функционировать дольше, чем имеющиеся аналоги, что заметно как при изготовлении единичной электрохимической ячейки, так и во время работы нескольких элементов. Кроме того, для производства ТОТЭ предлагаемой нами конструкции самыми дорогими реагентами являются соединения лантана и галлия, добыча которых осуществляется у нас в России.
В ходе испытаний при температуре 800°C новые элементы проработали более 950 часов, показав минимальную деградацию и сохранив низкое сопротивление. Такая стабильность позволяет прогнозировать долговечность технологии. В отличие от классических конструкций с разнородными слоями, новый дизайн сокращает технологическую цепочку производства, что ведет к удешевлению.
Для приближения к промышленному производству ТОТЭ важным этапом является переход на высокопроизводительные технологии получения несущего слоя электролита, например, на технологию шликерного литья. Она позволит увеличить как количество керамических пластин, так и их геометрические размеры. После получения первой укрупненной электрохимической ячейки необходимо будет также убедится в её стабильной работе в единичной экземпляре и в стэке, что позволит тестировать полноценное устройство в рабочем режиме.
Внедрению подобных технологий пока препятствуют инфраструктурные факторы, включая высокую стоимость и сложность доставки водорода. Следующим этапом исследования станет масштабирование разработки и испытание крупноформатных элементов с использованием промышленных методов производства.
Читайте ещё материалы по теме:
Нет дизеля — поедет на масле: прототип биотоплива на основе рапсового масла создали в НовГУ
Система для ускоренного исследования приступов эпилепсии разработана в ТГУ совместно с ИВНД и НФ РАН
Управлять дроном рукой: разработка МИФИ позволяет контролировать БПЛА с помощью перчатки