Сотрудники института водородной
энергетики УрФУ и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН создали
материал перспективный для устройств водородной энергетики – топливных
элементов и электролизеров. Новый материал обладает высокой протонной проводимостью
и необычными свойствами, которые зависят от степени добавок. Благодаря этому
материал можно использовать в качестве электролита и электрода в твердооксидных
топливных элементах и электролизерах. Описание нового материала и результаты
исследования представлены в Journal of Power Sources.
«Мы синтезировали электролитный материал
с перовскитной структурой на основе станната бария. Модифицирование станната
бария различным количеством иттрия позволило получить материалы с любопытными
свойствами. При высоких степенях замещения олова на иттрий материалы являются
ионными (протонными) проводниками, что позволяет рассматривать их в качестве
перспективных электролитов. В то же время введение малого количества иттрия в
состав приводит к возникновению выраженного электронного транспорта, позволяя
использовать данные материалы в качестве электродов для тех же электрохимических
устройств, как ТОТЭ, так и электролизеров, либо открывает широкие возможности
для применения в электрохимических конвертерах, в частности для кислород-,
водород- и водопроницаемых мембран», – объясняет суть работы соавтор,
инженер-исследователь научной лаборатории водородной энергетики УрФУ Георгий
Старостин.
В целом материалы на основе станната бария
используют в качестве сенсора для определения аммиака, формальдегида, этанола и
некоторых других газов. Также они нашли применение среди электродов для солнечных
батарей, пассивных или активных компонентов в оптоэлектронике. Цель же
уральских химиков – получить на основе станната бария составы с новыми
свойствами, которые подойдут для электролитных систем с улучшенными
характеристиками, необходимыми для электрохимических устройств, например,
повышенным уровнем ионной электропроводности.
«Поиск новых электролитных материалов с
улучшенными функциональными возможностями остается важным направлением
современного материаловедения и высокотемпературной электрохимии. Подбирать
оксидные материалы с выраженной протонной проводимостью крайне важно, так как
они используются для создания электрохимических устройств, крайне эффективно
преобразовывающих энергию. И станнат бария – перспективный материал в этом
плане», – добавляет Георгий Старостин.
Справка
Специалисты лаборатории водородной
энергетики УрФУ решают задачи распределенной энергетики. В частности,
разрабатывают новые электролитные материалы, которые могут найти применение в
твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) и электролизерах. ТОТЭ – это класс
электрохимических устройств, которые напрямую преобразуют химическую энергию
топлива в электрическую, минуя стадии конверсии химической энергии в тепловую
или тепловой в механическую. С помощью таких устройств возможно получение
электроэнергии из разных видов топлива: водорода, метана или смеси газов. ТОТЭ
за счет отсутствия движущихся частей имеют больший ресурс, в отличие от
классических электромагнитных генераторов тока, которые нуждаются в
периодическом обслуживании. Электролизеры являются подобными электрохимическими
системами, которые позволяют путем подачи электроэнергии на устройство
проводить электролиз, то есть расщепление более сложных молекул на простые
составляющие.
Источники: научно-информационный портал «Поиск»,
Уральский федеральный университет.