20 февраля, 2021 15:46

Ученые разработали технологию печати твердых электролитов для топливных элементов

Одной из основных проблем при создании современных электрохимических генераторов энергии на основе топливных элементов на данный момент является необходимость снижения их рабочих температур. 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. В контексте данной научно-технологической проблемы учёные из ИОНХ РАН совместно с коллегами из МФТИ, ООО «НТ-МДТ» и 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. Результаты работы опубликованы в апрельском номере Journal of Colloid and Interface Science.

Источник: ИОНХ РАН

Схема микроплоттерной печати покрытий диоксида церия, допированного оксидом иттрия. Источник: ИОНХ РАН

3 / 4

Источник: ИОНХ РАН

Схема микроплоттерной печати покрытий диоксида церия, допированного оксидом иттрия. Источник: ИОНХ РАН

«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».

Предложенные подходы к получению планарных твёрдых электролитов позволят существенно повысить скорость изготовления наноструктур сложной геометрии, а также улучшить воспроизводимость рабочих характеристик получаемых материалов. Полученные результаты внесут существенный вклад в создание твердооксидных топливных элементов с использованием аддитивных технологий.

Разработанная технология, предполагающая контролируемое нанесение материала на поверхность подложки, позволяет миниатюризировать топливные элементы, что также способствует снижению экологической нагрузки и стоимости производства.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда (№ 19-73-00354).

Теги