В Перми создали доступный материал для эффективных водородных топливных элементов
Ученые Пермского политеха разработали новый материал для водородного твердооксидного топливного элемента — устройства, которое преобразует химическую энергию водорода в электричество.
Исследователи создали материал для электролита, который в таких топливных элементах представляет собой многослойную керамику. Она пропускает ионы кислорода и не пропускает электроны, за счет чего происходит химическая реакция — до 70% энергии водорода переходит в электричество и 30% теряется в виде тепла.
Если керамика некачественная, ионы преодолевают ее хуже, элемент работает менее эффективно и может перегреться. Со временем керамика может трескаться, в том числе от перепадов температуры. Обычно для увеличения качества и долговечности керамики в ее состав добавляют дорогостоящие компоненты — например, платину или иттрий-стабилизированный цирконий.
Ученые предложили использовать диоксид церия с добавками редкоземельных металлов (самария, иттрия, неодима и гадолиния): он доступнее и эффективнее. Материал для электролита изготовили простым способом — глицин-нитратным методом, когда соли металлов смешивают с аминокислотой глицином, нагревают, смесь вспыхивает и превращается в однородную керамику с нужными свойствами.
Диоксид церия хорошо проводит ионы кислорода, что критично для работы твердооксидного топливного элемента, а редкоземельные добавки улучшают его свойства: создают дефекты в кристаллической решетке, облегчая движение ионов, повышают стабильность при перепадах температур и снижают рабочую температуру. В результате материал получается доступнее и эффективнее аналогов.
Никита Фаустов
Ассистент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского политеха
Ученые рассчитывают, что их разработка поможет развитию водородной энергетики, удешевив производство элементов на 30–40%. Они, по словам специалистов, пригодились бы для энергоснабжения в удаленных районах.
