Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Центра коллективного пользования «СКИФ» повысили термическую стабильность материалов для катодов, которые могут быть применены в водородных топливных элементах. Об этом рассказали в пресс-службе института.
Твердооксидные топливные элементы — перспективное направление водородной энергетики. Электроэнергия и тепло в них вырабатываются в ходе взаимодействия водорода с кислородом, и побочным продуктом становится только вода. Такие топливные элементы используют в легковых и грузовых автомобилях, а также рассматривают для электрификации и обогрева помещений. Теоретически КПД для твердооксидного топливного элемента может достигать 80%.
Уточняется, что обычные высокотемпературные твердооксидные топливные элементы работают при температуре 800–1000 градусов Цельсия. Это позволяет генерировать больше тепла, а также отказаться от использования в качестве электродов дорогих металлов платиновой группы. Но при этом высокие рабочие температуры увеличивают общую стоимость ячейки и уменьшают ее долговечность, так как материалы быстро изнашиваются.
Ученые предложили улучшенное соединение никелат празеодима, подходящее для среднетемпературной ячейки — 500–700 градусов Цельсия — без потери свойств и снижения генерации электроэнергии. Это соединение обладает наилучшими свойствами для кислородного транспорта, однако термически нестабильно в рабочих условиях катода.
Для повышения термоустойчивости празеодим частично заменили на другие редкоземельные элементы — лантан и неодим. Ученые проверили свойства полученного соединения в условиях, аналогичных условиям в топливном элементе, и показали, что термостабильность материала значительно повысилась.
Для определения кристаллической структуры вещества исследователи применяли метод порошковой рентгеновской дифракции на уникальной научной установке «Станция-EXAFS-спектроскопии» с помощью синхротронного излучения. Изучение структуры в условиях, приближенных к рабочим состояниям катода, дает возможность ускорить исследование и получить более точные данные о структуре материала.
Модернизацией установки занимается Институт катализа СО РАН, и она позволяет планировать и проводить самые современные научные эксперименты. После модернизации она станет единственной подобной установкой в России. Ее перенесут на строящийся в настоящее время новый источник синхротронного излучения ЦКП «СКИФ» сразу после его ввода в эксплуатацию.
