Агрегатор новостей
современной Российской науки, анонсы мероприятий, события, мнения
При поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

Ученые увеличили производительность твердооксидных топливных элементов

Российские ученые разработали новый контактный материал. Он позволяет существенно повысить электрический контакт внутри батареи твердооксидных топливных элементов, обеспечивающих эффективную выработку энергии с минимальными выбросами парниковых газов. Разработка позволила увеличить удельную мощность батареи и продлить срок службы. Статья опубликована в журнале Materials Letters.

Твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) — это электрохимический генератор, представляющий собой многослойную пластину, на одну из сторон которой подается воздух, а на другую — топливо. Прямого сгорания не происходит, а выработка энергии идет за счет электрохимических реакций, то есть происходит прямое преобразование энергии окисления топлива в электричество и высокопотенциальное тепло без промежуточных стадий механической энергии. ТОТЭ имеют достаточно высокий КПД — 60%. Его можно увеличить и до 90%. Кроме того, это автономные, бесшумные и безопасные источники энергии. Однако в России это технология пока недостаточно развита.

Батареи ТОТЭ состоят из чередующихся керамических твердооксидных топливных элементов и металлических биполярных пластин. Для надежной работы необходим стабильный электрический контакт между электродами и пластинами. Ученые Института физики твердого тела имени Ю. А. Осипьяна РАН и Московского физико-технического разработали новый контактный материал, позволивший улучшить характеристики ТОТЭ.

«У керамической пластины есть катодная и анодная сторона, и если с анодной стороны для хорошего контакта достаточно использовать металлическую сетку, то со стороны катода возникают затруднения. Наши разработки были посвящены поиску наиболее оптимального контактного материала — пасты, которая наносится на катодную сторону и обеспечивает контакт между керамическими и металлическими пластинами. Контактные материалы катода должны быть стабильными в окислительной атмосфере. Мы синтезировали материалы на основе магнита лантана стронция (LSM). Для получения нужных нам свойств (однофазность, приемлемые электрохимические характеристики, нужная дисперсность зерен) применяли механическую обработку и в итоге нашли лучший вариант для обеспечения стабильности контакта на границе катодный электрод/биполярная пластина», — говорит соавтор исследования Екатерина Агаркова.

Зерна субмикронного порошка LSM измельчались для уменьшения среднего размера зерна, увеличения электрической проводимости и повышения стабильности системы. Испытания показали, что контактные слои из предварительно активированных порошков обладают более высокой проводимостью по сравнению со слоем из необработанного LSM. При рабочих температурах ТОТЭ разница между соответствующими значениями сопротивления достигала 300%.

Твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) — это электрохимический генератор, представляющий собой многослойную пластину, на одну из сторон которой подается воздух, а на другую — топливо. Прямого сгорания не происходит, а выработка энергии идет за счет электрохимических реакций, то есть происходит прямое преобразование энергии окисления топлива в электричество и высокопотенциальное тепло без промежуточных стадий механической энергии. ТОТЭ имеют достаточно высокий КПД — 60%. Его можно увеличить и до 90%. Кроме того, это автономные, бесшумные и безопасные источники энергии. Однако в России это технология пока недостаточно развита.

Батареи ТОТЭ состоят из чередующихся керамических твердооксидных топливных элементов и металлических биполярных пластин. Для надежной работы необходим стабильный электрический контакт между электродами и пластинами. Ученые Института физики твердого тела имени Ю. А. Осипьяна РАН и Московского физико-технического разработали новый контактный материал, позволивший улучшить характеристики ТОТЭ.

«У керамической пластины есть катодная и анодная сторона, и если с анодной стороны для хорошего контакта достаточно использовать металлическую сетку, то со стороны катода возникают затруднения. Наши разработки были посвящены поиску наиболее оптимального контактного материала — пасты, которая наносится на катодную сторону и обеспечивает контакт между керамическими и металлическими пластинами. Контактные материалы катода должны быть стабильными в окислительной атмосфере. Мы синтезировали материалы на основе магнита лантана стронция (LSM). Для получения нужных нам свойств (однофазность, приемлемые электрохимические характеристики, нужная дисперсность зерен) применяли механическую обработку и в итоге нашли лучший вариант для обеспечения стабильности контакта на границе катодный электрод/биполярная пластина», — говорит соавтор исследования Екатерина Агаркова.

Зерна субмикронного порошка LSM измельчались для уменьшения среднего размера зерна, увеличения электрической проводимости и повышения стабильности системы. Испытания показали, что контактные слои из предварительно активированных порошков обладают более высокой проводимостью по сравнению со слоем из необработанного LSM. При рабочих температурах ТОТЭ разница между соответствующими значениями сопротивления достигала 300%.