Ученые разрабатывают способ печати твердых электролитов для топливных элементов электрохимических генераторов, который существенно повышает скорость их изготовления, способствует снижению экологической нагрузки и стоимости производства.
Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ) совместно с коллегами из Московского физико-технического института (МФТИ) и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) предложили новую технологию автоматизированного синтеза нанопорошков и последующего аддитивного формирования 2D-наноматериалов на основе диоксида церия, перспективных в качестве электролитов среднетемпературных твердооксидных топливных элементов. Синтезированный исследователями нанопорошок характеризируется высокой проводимостью в среднетемпературном диапазоне.
Результаты работы опубликованы в Journal of Colloid and Interface Science.
Для эффективного функционирования высокотемпературных топливных элементов обычно требуется нагрев от 800 до 1000 °С, что обуславливает повышенные требования к химической и коррозионной стойкости используемых материалов. Возможность снижения температуры при сохранении высокой энергоэффективности позволит продлить срок службы, увеличить эксплуатационную надежность, а также, что не менее важно, снизить стоимость готового устройства.
Для решения этой задачи в научном сообществе рассматриваются следующие стратегии: поиск и разработка альтернативных материалов, характеризующихся высоким уровнем кислород-ионной или протонной проводимости в среднетемпературном диапазоне (400-600 °С), а также снижение толщины функциональных слоёв и переход к созданию топливных элементов планарной геометрии.
«Наше исследование продемонстрировало возможность автоматизации химико-технологического алгоритма, включающего в себя программируемый синтез оксида церия с необходимым уровнем допирования оксидом иттрия в виде нанопорошков и получение функциональных чернил на их основе, – рассказала Татьяна Симоненко, кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории химии лёгких элементов и кластеров ИОНХ. – Предложена технология формирования соответствующих планарных наноструктур в качестве перспективных компонентов современных твердооксидных топливных элементов с использованием малоизученной микроплоттерной печати высокого разрешения».
Кроме того, разработанная технология предполагает контролируемое нанесение материала на поверхность подложки и, таким образом, позволяет миниатюризировать топливные элементы, что способствует снижению нагрузки на окружающую среду и стоимости производства.
Читайте по теме. Гигаватты – под защиту. Точные измерения сделают энергетику безопаснее
