Новый твердый электролит поможет заменить вредные для экологии углеводородные источники энергии
Ученые синтезировали твердый электролит, который станет основой для создания твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ). Новый материал будет обладать высокой электрической проводимостью и удешевит производство ТОТЭ. Исследование выполнено научной группой Уральского федерального университета (УрФУ) и Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Твердооксидные топливные элементы — это устройства в водородной энергетике, которые в ходе химической реакции преобразуют энергию топлива в электрическую. Они заменяют ископаемые источники топлива, снижая тем самым негативное влияние на атмосферу и климат. ТОТЭ применяют в автомобильных двигателях или космической промышленности для снижения выброса углеводорода в окружающую среду. Электролитом (проводником электрического тока) в них обычно выступают протоны или кислород.
Переход к экологически чистой водородной энергетике является одним из возможных путей решения проблемы загрязнения окружающей среды ископаемыми видами топлива. Протонно-керамические топливные элементы являются перспективной альтернативой углеводородным двигателям, так как сочетают высокую эффективность, гибкость в различных условиях работы и отличную производительность. В своей работе мы получили новый энергоэффективный материал, в котором концентрация протонов увеличивается в два раза, а электрическая проводимость становится на два порядка выше. Стоит отметить, что такие результаты материал показывает при температуре в два раза более низкой по сравнению с наиболее изученными на сегодня твердотельными кислородно-ионными проводниками. Понижение температуры увеличивает экономическую эффективность конечного электрохимического устройства
Получить новый материал исследователям позволил метод изовалентного допирования, то есть замещения части атомов исходной структуры атомами другого химического элемента той же валентности. В этом случае за основу взят индат бария-лантана (соединение бария, лантана, индия и кислорода), где ученые заменили половину атомов индия на иттрий.
Твердотельные протонные проводники, которые могут применяться в ТОТЭ, внедряют в себя протоны из влажного воздуха, то есть из воды, содержащейся в нем. Иттрий обладает большим радиусом по сравнению с индием и при введении как бы «раздвигает» кристаллическую решетку исходного материала. Это позволяет измененной решетке «аккумулировать» в два раза больше протонов из увлажненной атмосферы
Топливные элементы на основе твердого электролита (протонного проводника) станут экономически выгодны для производства и по сравнению с другими твердотельными проводниками для ТОТЭ будут обладать более высокой электрической проводимостью.
Материалы на основе индата бария-лантана с блочно-слоевой структурой — уникальная разработка уральских ученых. До этого в качестве протонных проводников в основном изучали материалы со структурой перовскита (титаната кальция).
Отметим, что рабочая температура протон-проводящих ТОТЭ примерно в полтора-два раза ниже, чем у кислород-проводящих, что удешевляет их производство и эксплуатацию. Однако, в отличие от ионов кислорода, протоны не содержатся в составе материала электролита ТОТЭ, а попадают туда из воздуха, содержащего пары воды. Соответственно, чем большее количество протонов будет способен «аккумулировать» материал электролита, тем выше будет его электрическая проводимость, а следовательно и экономичность. Главным открытием ученых стало то, что материалы на основе индата бария-лантана с блочно-слоевой структурой, «аккумулируют» в разы большее количество протонов, чем материалы со структурой перовскита.
Результаты исследования опубликованы в международном журнале, посвященном вопросам водородной энергетики International Journal of Hydrogen Energy.
Экспериментальная часть исследования проводилась в научной лаборатории водородной энергетики УрФУ, входящей в состав Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы». Напомним, что создание и развитие сети научно-образовательных центров мирового уровня проходят в рамках реализации Минобрнауки России национального проекта «Наука и университеты».
Подпишитесь на наш канал, чтобы не упускать новости науки. Важная информация есть в нашем Telegram.
Когда и куда планируется переезд команды?
Великолепно Откуда водород?
Надо еще построить приливную плотину в Охотском море, там добывать водород, загонять его в топливные элменты, элменты грузить на элементовозы (уже заказаны на верфях Южной Кореи, лейбл Звезда), и становится "надежным поставщиком".
Профит!
Ничего не понятно, но интересно
Осталось только научиться водород толком хранить.
Вообще, авторам работы не грех бы и прийти сюда лично и рассказать подробнее о своей работе. Профит был бы для всех.
Никто не перейдёт… потому что «нет аналогов в мире» = «нахрен никому не надо»