Ученые создали уникальный топливный элемент с высоким уровнем стабильности работы

Уральские исследователи представили новый вариант твердооксидного топливного элемента, основанный на изменённом химическом подходе, который делает процесс его производства более простым и менее затратным, сохраняя при этом стабильность работы. Об этом сообщили представители научных коммуникаций Уральского федерального университета.


В традиционных конструкциях подобных элементов обычно используется несколько функциональных слоёв, отличающихся по химическому и фазовому составу. Уральские специалисты предложили принципиально иной вариант: катод, анод и электролит выполнены из одинаковых материалов. Такой метод позволяет существенно сократить технологическую цепочку — уменьшается число операций по получению порошковых материалов и необходимость многократных высокотемпературных обработок. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-19-00040) и опубликована в журнале Nanomaterials.

По результатам исследований, топливный элемент работает на водородсодержащих газах, которые формируют экстремально восстановительную атмосферу. Эксперимент показал, что устройство сохраняет функциональность свыше 950 часов при температуре около 800 градусов, демонстрируя минимальную деградацию характеристик. Подобный результат удалось получить благодаря принципу симметричной ячейки, когда электроды и электролит создаются из материалов схожего или идентичного ионного состава, что повышает совместимость их свойств. В качестве основы применяются отечественные соединения лантана и галлия, что делает разработку независимой от импортных поставок.

Учёные планируют перейти к этапу масштабирования и внедрению промышленных технологий производства. В частности, предполагается использование метода шликерного литья, позволяющего формировать керамические пластины больших размеров.

Твердооксидные топливные элементы обладают высоким коэффициентом полезного действия, достигающим 60–70 %, и позволяют напрямую преобразовывать химическую энергию топлива — водорода или природного газа — в электрическую энергию при минимальном уровне выбросов. Симметричные конструкции, основанные на одинаковом составе анода и катода, в последние годы рассматриваются как перспективное направление, призванное повысить надёжность устройств и упростить их массовое производство.

Читайте также: