В УрФУ создали инновационный топливный элемент с высоким уровнем стабильности работы

Уральские ученые разработали уникальный твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) с новым химическим дизайном, который позволяет упростить и удешевить производство новых топливных элементов, сохраняя высокий уровень стабильности. Об этом сообщили в отделе научных коммуникаций УрФУ.

«Классическая конструкция топливного элемента предполагает использование множества функциональных слоев, имеющих совершенно разный химический и фазовый состав. Уральские ученые впервые предложили использовать в качестве катода, анода и электролита одинаковые материалы, что помогает сократить время и стоимость изготовления устройств за счет уменьшения технологической цепочки производства порошкового материала и количества высокотемпературных обработок», — рассказали там. Разработка выполнена при поддержке РНФ (грант № 24-19-00040) и опубликована в журнале Nanomaterials.

По данным исследователей, в качестве топлива для ТОТЭ используются водородсодержащие газы, создающие экстремальную восстановительную атмосферу. Новое устройство способно работать более 950 часов при температуре 800 градусов с минимальной деградацией характеристик — что позволяет ученым прогнозировать долговечность устройства. Добиться таких показателей удалось за счет использования принципа «симметричной ячейки», когда у топливного элемента и электроды, и электролит сделаны на основе соединений близкого или даже идентичного ионного состава для максимального сближения свойств. Важным преимуществом также является использование отечественных материалов — соединений лантана и галлия, добываемых в России, отметили в УрФУ.

В планах ученых масштабировать разработку, перейдя к промышленным технологиям производства с использованием метода шликерного литья для создания керамических пластин увеличенных размеров.

ТОТЭ — высокоэффективные устройства (КПД до 60-70%) для прямого преобразования химической энергии топлива (водород, природный газ) в электричество с минимальными выбросами. Они являются ключевыми для водородной энергетики. Описанные в научной работе симметричные ТОТЭ (с одинаковыми анодом и катодом) — активно развиваемое направление последних 10 лет, главная цель которого — упрощение производства и повышение надежности за счет лучшей совместимости материалов.