Новый материал для создания экологичных альтернативных источников электроэнергии создали ученые УрФУ в составе научного коллектива. По их словам, разработка позволяет снизить затраты времени и ресурсов на производство топливных элементов. Результаты исследования опубликованы в Journal of the European Ceramic Society.
Сегодня большинство носимых и переносных электронных устройств и электротранспорта, такие как: мобильные телефоны, ноутбуки, электрические самокаты и велосипеды, электрокары и электромобили, требуют постоянной перезарядки или замены источника энергии.
Широко применяются щелочные и кислотные аккумуляторы и батарейки, но они содержат вредные вещества (например, свинец в кислотных, кадмий в щелочных), поэтому их нельзя просто выбросить на помойку, а необходимо перерабатывать на специальных предприятиях.
Рядом преимуществ обладают литийионные элементы питания, однако они взрывоопасны (из-за чего, например, ограничена их перевозка в самолетах). Кроме того, запасы лития в земной коре ограничены и распределены очень неравномерно.
Альтернатива кислотным, щелочным и литийионным источникам электроэнергии – системы с топливными элементами. Это источники тока, преобразующие химическую энергию топлива в электрическую напрямую.
По словам ученых из Уральского федерального университета имени первого президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ), наибольший интерес представляет класс твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Это одни из наиболее экологически чистых генераторов электроэнергии, имеют достаточно высокий КПД и дают возможность использовать разные по составу топлива.
Исследователи объяснили, что в ТОТЭ содержится металлокерамический анод ("плюс") и пористый оксидный катод ("минус"), которые производятся по совершенно разным технологиям. Для упрощения производства ТОТЭ ученые конструируют симметричные ячейки, где оба электрода одинаковы по составу и могут быть получены по одной и той же технологической схеме. Они считают, что это позволит снизить стоимость изготовления и технического обслуживания ТОТЭ и поспособствует повсеместному применению.
Коллектив разработчиков УрФУ совместно с учеными Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук при финансовой поддержке по программе "Приоритет-2030" синтезировал и изучил новые соединения класса ферритов (соединения оксидов железа с оксидами других металлов) для создания симметричных ТОТЭ на основе железа, бария и лантана (La1–xBaxFeO3–δ, x = 0,4, 0,5, 0,6). Ученые исследовали структуру, механические и электрические параметры синтезированных материалов, а также установили влияние некоторых протон-проводящих добавок на их свойства.
"Полученные нами материалы на основе феррита лантана-бария демонстрируют высокие значения проводимости и низкие значения поляризационных сопротивлений в атмосфере воздуха, а это ключевые характеристики потенциальных материалов для ТОТЭ", – рассказал заведующий лабораторией водородной энергетики УрФУ Дмитрий Медведев.
Он отметил, что во многих исследованиях стабильность характеристик материалов для симметричных топливных элементов оценивается лишь в окислительной атмосфере, то есть в воздушной. Но исследователи УрФУ установили, что их состав стабилен и в восстановительной атмосфере, которая образуется из-за использования водорода как топлива в ТОТЭ.
"Мы установили, что при прочих равных наиболее перспективным материалом для ТОТЭ является La0,6Ba0,4FeO3–δ. Он обладает наилучшей проводимостью и наименьшей поляризацией, что способствует повышению мощности топливных элементов", – пояснил Медведев.
В будущем коллектив планирует улучшить характеристики изученных им составов и создать полноразмерную ячейку ТОТЭ для экспериментальных исследований.
НИИ водородной энергетики – базовая площадка реализации стратегического проекта УрФУ "Материалы и технологии для водородной и ядерной энергетики" в рамках российской государственной программы академического лидерства "Приоритет-2030".
Источник: РИА Новости
