Главная страница /

 

Сотрудники Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН представили новую технологию создания планарных (пленочных) твёрдых электролитов на основе оксидов церия и самария для современных топливных элементов с применением микроэкструзионной печати. Разработка может внести существенный вклад в развитие технологий альтернативной энергетики. Результаты работы представлены в журнале Ceramics International.

 

Одним из источников экологически чистой энергии будущего является водород. Во всем мире ведутся интенсивные научные исследования и опытно-конструкторские работы для создания устройств водородной энергетики. Твердооксидные топливные элементы, представляющие собой электрохимические генераторы энергии с высоким коэффициентом полезного действия, являются наиболее стремительно совершенствующимся видом таких устройств. Главным ограничением в использовании топливных элементов этого типа являются их высокие рабочие температуры (700-1000°С), уменьшающие срок эксплуатации и увеличивающие стоимость оборудования. Решение этой проблемы требует разработки планарных среднетемпературных твёрдых электролитов с высокой кислородной проводимостью, позволяющих снизить рабочие температуры топливного элемента без ухудшения его мощностных показателей.

 

Рабочие характеристики твердых электролитов во многом определяются методами формирования покрытий на их основе. В последние годы прослеживается отчетливый тренд на получение материалов для альтернативной энергетики в виде наноструктур, состоящих из частиц определённой формы (например, нанокубов, нанотрубок, нанооктаэдров и т.д.) и демонстрирующих улучшенные характеристики по сравнению с материалами аналогичного состава, не обладающими упорядоченной структурой. Такие структуры могут быть получены с привлечением аддитивных технологий, позволяющих также добиться более высокой воспроизводимости их рабочих характеристик.

 

Ученые из ИОНХ РАН совместно с коллегами из ИФХЭ РАН создали новую технологию получения планарных твёрдых электролитов на основе оксидов церия и самария для современных среднетемпературных твердооксидных топливных элементов с применением микроэкструзионной печати высокого разрешения.

 

«Нами был применен гидротермальный метод синтеза, при варьировании параметров которого нам удалось получить иерархически организованные наноструктурированные порошки, состоящие из частиц в виде стержней, нанолистов и микросфер, которые далее использовались для создания функциональных чернил, подходящих для микроэкструзионной печати планарных электролитов, – прокомментировала научный сотрудник Лаборатории химии легких элементов и кластеров ИОНХ РАН, кандидат химических наук Татьяна Симоненко, – Полученные таким образом покрытия обладают высокой электропроводностью, что позволяет рассматривать их в качестве перспективных твёрдых электролитов для топливных элементов, функционирующих в интервале 400-600°С. Нам также удалось показать, что микроэкструзионная печать может быть эффективно использована при автоматизированном формировании неорганических планарных твёрдых электролитов различной геометрии, а также имеет перспективы масштабирования при полностью аддитивном формировании ячеек топливных элементов».

 

По мнению авторов, найденные закономерности влияния химического состава и условий синтеза оксидных материалов на их микроструктуру, разработанные способы формирования соответствующих функциональных чернил и особенности технологии печати покрытий внесут существенный вклад в развитие и применение аддитивных технологий в области альтернативной энергетики.

 

Работа поддержана грантом Российского научного фонда (№ 21-73-00288).

 

 

 

Схема процесса получения иерархически организованных наноструктур и последующей микроэкструзионной печати планарных электролитов.

 

 

Источник: T.L. Simonenko, N.P. Simonenko, Ph.Yu. Gorobtsov, A.L. Kluyev, E.P. Simonenko, V.G. Sevastyanov, N.T. Kuznetsov. Hydrothermally synthesized hierarchical Ce_1-xSm_xO_2-δ oxides for additive manufacturing of planar solid electrolytes. Ceramics International. Volume 48, 15 August 2022, 22401–22410. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.04.252

 

Пресс-релиз опубликован на сайтах ТАСС https://nauka.tass.ru/nauka/15762551, РНФ https://rscf.ru/news/presidential-program/elektrolity-dlya-vodorodnoy-energetiki/!, Национальные проекты России https://национальныепроекты.рф/news/v-rossii-sozdali-tekhnologiyu-izgotovleniya-elektrolitov-dlya-vodorodnoy-energe, Индикатор https://indicator.ru/chemistry-and-materials/khimiki-napechatali-komponenty-ustroistv-vodorodnoi-energetiki-16-09-2022.htm, Рамблер https://news.rambler.ru/science/49358113-himiki-napechatali-komponenty-ustroystv-vodorodnoy-energetiki/, Mendeleev.info https://mendeleev.info/himiki-napechatali-komponenty-ustrojstv-vodorodnoj-energetiki/, Интернет-портал СНГ https://e-cis.info/news/569/103338/, сообщества IT-специалистов «Хабр» https://habr.com/ru/news/t/688900/, в Научном микроблоге Минобрнауки России https://sciencemon.ru/office/org/blog/260967/.