Об этом сообщила пресс-служба ИК СО РАН.
Работы выполнены в рамках проекта по модернизации и проведению исследований на уникальной научной установке Станция EXAFS-спектроскопии, который реализует ИК СО РАН при поддержке госпрограммы «Научно-технологическое развитие РФ».
Обычный высокотемпературный ТОТЭ работает при температурах 800-1000 °C.
Это позволяет:
- генерировать больше тепла,
- отказаться от использования в качестве электродов дорогих металлов платиновой группы.
- увеличивают общую стоимость ячейки,
- уменьшают ее долговечность, т.к. материалы быстро изнашиваются.
В рамках ее решения ученые из ЦКП СКИФ и ИК СО РАН определили подходящее для среднетемпературной (500-700 °C) ячейки соединение - никелат празеодима, который относится к слоистым перовскитоподобным материалам.
Тезисы младшего научного сотрудника ЦКП СКИФ, инженера отдела физико-химических методов исследований ИК СО РАН Д. Мищенко:
- основная проблема при снижении температур в ТОТЭ - замедление реакции восстановления кислорода, которая протекает на катоде - там, куда подается воздух, и из-за этого генерация электроэнергии также снижается;
- мы решили использовать для катодов слоистые перовскиты;
- в них перовскитные слои чередуются со структурой каменной соли;
- в этой структуре накапливается высокоподвижный кислород, активный уже при температуре 500–700 °C.
Частичная замена празеодима на другие редкоземельные элементы - лантан и неодим - повышает термическую стабильность.
Тезисы Д. Мищенко:
- мы проверяли долгосрочную термическую стабильность - держали наши образцы при высокой температуре на воздухе в течение 90 часов, т.е. в тех же атмосферных условиях, что и в топливном элементе;
- замещение лантаном и неодимом значительно повысило стабильность, и это почва для дальнейших исследований - мы планируем не только подобрать оптимальный состав, но и повысить кислородную подвижность.
Эти исследования проводились в Сибирском центре синхротронного и терагерцевого излучения на базе Института ядерной физики СО РАН.
Модернизацией установки занимается ИК СО РАН, и она позволяет планировать и проводить самые современные научные эксперименты.
После модернизации она станет единственной подобной установкой в России.
Ее перенесут на строящийся в настоящее время новый источник синхротронного излучения ЦКП СКИФ сразу после его ввода в эксплуатацию.
По словам Д. Мищенко, новизна работы заключается в изучении структуры веществ in situ, в условиях, приближенных к рабочим состояниям катода - это дает возможность ускорить исследование и получить более точные данные о структуре.
Тезисы Д. Мищенко:
- нам не нужно собирать ячейку - мы можем взять синтезированный порошок, исследовать нашим методом и сделать предварительные выводы об эффективности соединения;
- и на основе этих данных двигаться дальше.
Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ)
- перспективное направление водородной энергетики;
- электроэнергия и тепло в них вырабатываются в ходе взаимодействия водорода с кислородом, и побочным продуктом становится только вода;
- их используют не только в легковых и грузовых автомобилях, но также рассматривают для электрификации и обогрева домов и других помещений;
- теоретически КПД для твердооксидного топливного элемента может достигать 80%.
Эти измерительные приборы нужны для источника синхротронного излучения на станции СКИФ.
