Научный коллектив исследователей из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ) совместно с коллегами из Московского физико-технического института (МФТИ) и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) ведут разработки по созданию нового способа печати твердых электролитов. Он будет применяться в топливных элементах электрохимических генераторов. Такое предложение повысит скорость их изготовления и снизит экологическую нагрузку и стоимость производства.
Новая технология связана с автоматизированным синтезом нанопорошков и последующим аддитивным формированием 2D-наноматериалов на основе диоксида церия, что перспективно в качестве электролитов среднетемпературных твердооксидных топливных элементов. Такой нанопорошок обладает высокой проводимостью в среднетемпературном диапазоне. Результаты работы опубликованы в Journal of Colloid and Interface Science.
Напомним, что для эффективной работы высокотемпературных топливных элементов необходим нагрев от 800 до 1000 °С. Из-за этого к химической и коррозионной стойкости материалов предъявляют повышенные требования. Если снизить температуру, сохранив высокую энергоэффективность, то срок службы станет выше, увеличится и эксплуатационная надежность, а стоимость готового устройства снизится.
Для этого ученые предлагают найти и разработать альтернативные материалы с высоким уровнем кислород-ионной или протонной проводимости в среднетемпературном диапазоне (400-600 °С) и снизить толщину функциональных слоёв с переходом к созданию топливных элементов планарной геометрии.
«Наше исследование продемонстрировало возможность автоматизации химико-технологического алгоритма, включающего в себя программируемый синтез оксида церия с необходимым уровнем допирования оксидом иттрия в виде нанопорошков и получение функциональных чернил на их основе, – говорит Татьяна Симоненко, кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории химии лёгких элементов и кластеров ИОНХ. – Предложена технология формирования соответствующих планарных наноструктур в качестве перспективных компонентов современных твердооксидных топливных элементов с использованием малоизученной микроплоттерной печати высокого разрешения».
Предложенная технология предполагает и контролируемое нанесение материала на поверхность подложки. Это уменьшит топливные элементы и снизит нагрузку на окружающую среду и стоимость производства.
Фото на странице: American Public Power Association / Фотобанк Unsplash
