Уральские химики усовершенствовали материал для топливных элементов

<br />
				Уральские химики усовершенствовали материал для топливных элементов

Материал дл спекания

 

Химики Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН улучшили материал для высокоэффективных электрохимических устройств. Такой материал используют в качестве электродов в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) или электролизерах (ТОЭ) на протонных электролитах. Описание материала и метода представлено в журнале Catalysts.

Твердооксидные топливные элементы и электролизеры на протонных электролитах — это электрохимические устройства, которые преобразуют энергию. ТОТЭ и ТОЭ применяются в целом в энергетике. Важное преимущество таких топливных элементов — их способность конвертировать широкий спектр топлив различной чистоты, высокая энергоэффективность и отсутствие вредных выбросов.

Такие топливные элементы могут работать на водороде, метане, смеси газов. Они также находят широкое применение в качестве автономных источников тока для энергоснабжения станций катодной защиты нефте- и газопроводов, в военной и космической промышленности, для энергоснабжения жилых строений.

«Химический дизайн новых функциональных материалов — важный этап для разработки электрохимических устройств с повышенными показателями КПД и мощности, — говорит заведующий лабораторией водородной энергетики УрФУ Дмитрий Медведев. — Такое направление активно развивается во всем мире, являясь одной из траекторий развития водородной энергетики. Урал традиционно считается лидирующим регионом в области материаловедения, поэтому наши работы и работы коллег известны не только в России, но и за рубежом».

Уральские ученые предложили метод инфильтрации как простой и доступный способ улучшения электрохимических характеристик. Их метод повысил проводимость этого материала, соответственно, улучшил характеристики (повысил мощность) топливных элементов. Теперь благодаря изменениям реакция проходит быстрее.

В процессе исследований химики ввели железо в базовый церато-цирконат бария, то есть добавили в состав сложнооксидных перовскитов ионы железа. Так им удалось получить высокий уровень смешанной ионно-электронной проводимости, что необходимо для хороших электродов. Аналогичные материалы на сегодня существуют, однако ученые по всему миру пытаются их оптимизировать — улучшить свойства для повышения эффективности.

«Наш подход добавляет серьезные преимущества этому материалу по сравнению с другими известными электродами. Кроме того, мы предложили способ улучшения электрохимической активности электродов путем внедрения наночастиц оксида празеодима в их пористую структуру. Такой подход оказал положительное влияние, которое привело к повышению электрохимической активности электродов», — поясняет соавтор исследования, младший научный сотрудник лабораторий электрохимических устройств и материалов УрФУ и электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах ИВТЭ УрО РАН Лиана Тарутина.

Кроме того, ученым удалось выявить оптимальное количество вводимого железа, при котором достигается золотая середина между различными функциональными свойствами.

<br />
				Уральские химики усовершенствовали материал для топливных элементов

Образцы

 

«Также на практике мы испытали исследуемые материалы в качестве электродов обратимой твердооксидной ячейки, способной работать как в качестве топливного элемента с получением электроэнергии, так и в качестве электролизера с получением высокочистого водорода», — добавляет Лиана Тарутина.

Отметим, уральские химики разрабатывают и исследуют катодные материалы для ТОТЭ и ТОЭ на протяжении 10 лет. В УрФУ в 2022 году по программе «Приоритет-2030» образован научно-исследовательский институт водородной энергетики, в рамках которого интенсифицированы фундаментальные и прикладные исследования в области создания твердооксидных устройств.

 

Автор фото: Илья Сафаров / УрФУ

Информация и фото предоставлены пресс-службой Уральского федерального университета

Источник: scientificrussia.ru