На Урале увеличили мощность твердооксидных топливных элементов в 8 раз
Уральские ученые в 8 раз повысили эффективность твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) — одних из самых эффективных устройств для преобразования химической энергии водорода в электричество
Улучшить показатели удалось за счет изменения «конструкции» одного из компонентов высокотемпературных электрохимических ячеек — анода. Испытания обновленного анода показали, что по меньшей мере 500 часов он работает без заметной потери эффективности. Описание обновленной структуры исследователи опубликовали в Journal of Power Sources.
«Представьте, что вам нужно сделать батарейку, где все детали — плюс, минус и прокладка между ними — сделаны из одного и того же материала. Это очень удобно и дешево, но у такого материала на "минусе" (аноде) химическая реакция с водородом идет очень медленно, как через густой кисель. Мы нашли два простых приема, чтобы разогнать эту реакцию: приклеили к аноду проводящую серебряную "паутинку", чтобы она “ловила” электрический ток, и пропитали анод микроскопическими частицами никеля и оксида церия, которые помогают водороду быстрее расщепляться и отдавать электроны. В итоге "кисель" превратился в "воду", батарейка заработала в 8 раз мощнее, а сам анод не сломался за 500 часов работы. При этом мы ничего не меняли в основном составе материала, оставив его везде одинаковым», — описывает суть работы Денис Осинкин, руководитель научной группы, старший научный сотрудник кафедры экономики природопользования УрФУ, заведующий лабораторией кинетики ИВТЭ УрО РАН.
Модификация структуры увеличила электрохимическую активность топливного электрода более чем в 20 раз, добавляют ученые. Это, в свою очередь, увеличило мощность топливного элемента до 450 мВт/см2 при 800 ℃. Для сравнения — схожую рабочую удельную мощность имеют энергоустановки на сотни киловатт, которые могут обеспечивать электричеством удаленные от централизованного энергоснабжения объекты. Это промышленные автономные или резервные источники энергии, которые питают электричеством и теплом заводы, больницы, жилые комплексы, удаленные объекты.
Технологию можно масштабировать для коммерческого использования, уверены разработчики. Новые элементы могут стать более дешевой и технологичной альтернативой существующим аналогам, что также важно для масштабирования технологии, коммерциализации и появления устройств на российском рынке.
«Наша концепция масштабируема. Стандартные размеры единичных топливных элементов, которые сегодня используют для сборки энергогенераторов на сотни киловатт, не превышают 20х20 см. Я не вижу фундаментальных проблем, не позволяющих довести нашу разработку до таких размеров. Для этого нужны серьезные работы технологического характера», — констатирует Денис Осинкин.
В планах ученых — продолжить работу по увеличению мощности топливных ячеек и поднять показатели более чем в 1,5 раза.
Отметим, над созданием ТОТЭ для водородной энергетики работают ученые Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук и Уральского федерального университета. Их работу поддержал Российский научный фонд (проект № 24-19-00040).
