Российские учёные разработали материал для создания топливных элементов

Физики из России разработали мембраны для создания более эффективных электролитов для топливных элементов

Физики из России представили новый материал для создания прочных проводящих мембран твёрдого электролита, предназначенных для использования в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ). Эти мембраны должны быть устойчивы к высоким температурам и сильным токовым нагрузкам. Твёрдые электролиты могут значительно увеличить эффективность батарей и уменьшить их размеры, а также сыграть важную роль в создании эффективных устройств для получения электроэнергии из газообразных углеводородов.

Физики, в частности, сфокусировались на материалах, основанных на диоксиде циркония, которые широко применяются в качестве электролитических мембран в твердооксидных топливных элементах. Однако длительное воздействие высоких температур на эти материалы может привести к старению и ухудшению их характеристик. Высокая температура также является препятствием, поэтому учёные исследуют, как снизить её и повысить устойчивость материалов.

Исследователи проанализировали процессы старения твёрдых электролитов на основе диоксида циркония при отжиге. Они использовали монокристаллы диоксида циркония с легирующими добавками, выращенные методом направленной кристаллизации из расплава. Результаты исследования показали, что замена оксида скандия на оксид иттербия приводит к увеличению параметра решётки, а также к уменьшению проводимости на 55% в определённых условиях. Однако образцы с добавлением иттербия сохраняли свою структуру и проводимость даже после длительного воздействия высоких температур.

Эти исследования имеют большое значение для создания эффективных батарей на основе твёрдых электролитов, таких как потенциометрические датчики, кислородные насосы и электролизёры. Работу провели учёные из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН, МИСиС, МФТИ, Института физики твёрдого тела им. Ю. А. Осипьяна РАН и Московского политеха.