Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 981

Химики УрФУ доработали соединение для твердооксидных топливных элементов

Химики УрФУ доработали соединение для твердооксидных топливных элементов
Их работа приближает момент, когда перспективные устройства получат широкое распространение

Ученые Уральского федерального университета с помощью примесей облегчили кислородно-ионный и протонный транспорт в BaLaInO4. Это соединение перспективно в качестве электролита для твердооксидных топливных элементов. Исследование опубликовано в Journal of Raman spectroscopy. Работа поддержана грантом Президента РФ для молодых ученых (№ MK-24.2019.3).

Топливные элементы — это устройства, которые перерабатывают энергию топлива в электрическую в ходе химической реакции. Они могут быть использованы в двигателях автомобилей, в космической промышленности. Одними из перспективных являются твердооксидные топливные элементы. В качестве электролита, который проводит электрический ток, в них выступают сложнооксидные материалы. Главная сложность заключается в том, что твердооксидные топливные элементы работают при температуре 700–1000°С, что затрудняет их использование. Поэтому ученые ищут возможность снизить температуру, при которой эти устройства функционируют. Одним из вариантов может стать использование в качестве электролита среднетемпературных протонных проводников, работающих при 300–500°С.

Эффективность их использования зависит от структуры вещества. Одними из потенциально пригодных являются соединения на основе BaLaInO4 (бария, лантана и индия с кислородом). Ученые исследовали влияние допирования (добавления примесей) на структуру соединений на основе BaLaInO4. В качестве допантов использовали атомы таких химических элементов, как стронций, барий, титан и ниобий. Вещества были получены в ходе твердофазного синтеза, то есть при последовательном измельчении порошков исходных реагентов и ступенчатом повышении температуры. Сперва исследователи подтвердили однофазность полученных соединений методом порошковой рентгенографии. Этот подход основан на дифракции (отклонении) рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке изучаемого вещества. Кроме того, авторы установили, что все образцы имеют ромбическую структуру.

Для изучения локальной структуры исследователи прибегли к спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановской спектроскопии). Суть метода в том, что через образец исследуемого вещества пропускают луч с определенной длиной волны, который при контакте с образцом рассеивается. Затем полученные лучи с помощью линзы собираются в один пучок, усиливаются и направляются на детектор, с помощью которого фиксируется их частота. Так ученые подтвердили, что допирование приводит к появлению дефектов в кристаллической решетке — образуются кислородные вакансии (отсутствие кислорода в решетке в структурной позиции) и межузельный кислород (атом кислорода в «дополнительной» позиции). Авторы исследования также выяснили, что введение примесей приводит к расширению элементарной ячейки, при этом структура искажается меньше. В результате облегчается транспорт ионов кислорода и протонов, и ионная проводимость повышается. Вместе с тем улучшаются свойства вещества как электролитического материала.

«Мы исследовали влияние различных типов допирования на локальную структуру и транспортные свойства BaLaInO4. Результаты нашей работы значительно расширяют понимание того, как перемещаются частицы в подобных материалах, и приближают момент, когда твердооксидные топливные элементы смогут получить широкое распространение», — рассказала доцент кафедры физической и неорганической химии УрФУ Наталия Тарасова.

Пресс-служба Уральского федерального университета

 

Источник: urfu.ru

допанты твердооксидные топливные элементы

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.