Ученые ВятГУ разработали полный технологический цикл производства твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) и подобрали эффективные материалы для их создания. По словам специалистов, результаты исследования будут востребованы при создании отечественных энергоустановок нового поколения. Работа опубликована в журнале Journal of Applied Electrochemistry.
Для снижения выбросов диоксида углерода (декарбонизации) необходим переход к "зеленой" энергетике, считают исследователи Вятского государственного университета (ВятГУ). Это одна из важнейших задач, прописанных в Энергетической стратегии РФ на период до 2035 года.
Сегодня ученые ВятГУ работают над созданием высокоэффективных и экологичных источников электрической энергии, основанных на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ). Эти элементы представляют собой многослойную конструкцию, состоящую из керамических и композитных материалов.
"Мы разработали набор методов и технологических процессов, необходимый для формирования единичного топливного элемента – получился своего рода эталонный образец. Теперь мы можем воспроизводить и варьировать его основные характеристики: электрическое сопротивление, удельную мощность, коэффициент использования топлива и др.", – рассказал и.о. заведующего кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических производств ВятГУ Антон Кузьмин.
На первом этапе методом литья под давлением ученые получают пористые несущие металлокерамические трубки (выполняют функцию анодов). На готовые основы наносят тонкие слои электролитных и электродных материалов методом окунания в специально подобранные составы суспензий. После нанесения каждого слоя проводится многоступенчатая термическая обработка. По словам исследователей, всего таких слоев шесть – каждый выполняет свою функцию. Ученые могут изменять различные параметры слоя: состав материалов, размеры порошков, вязкость суспензий, температуры и продолжительности обжигов чтобы добиться оптимальных рабочих параметров. Такой подход позволяет получить единичный элемент ТОТЭ с максимальной мощностью. Также в ходе исследования были получены новые электродные материалы, отмечают специалисты. Например, композитные материалы коллекторного слоя анода имеют сопротивление в два раза ниже, чем стандартные коммерческие продукты. Это позволит в перспективе увеличить размеры единичной ячейки ТОТЭ и снизить потери на их коммутации.
По утверждению ученых, разработанные материалы функционального слоя анода, производительнее на 10 процентов и потенциально могут быть особенно эффективны при работе на различных видах углеводородного топлива или аммиаке. В целом, использование новых материалов позволит существенно улучшить удельную мощность и массо-габаритные характеристики батарей топливных элементов по сравнению с известными аналогами.
"Фундаментальный интерес представляют изученные закономерности влияния состава и микроструктуры новых материалов на протекание электрохимических реакций в топливных элементах. Эта информация необходима для развития представлений о механизмах и способах управления такими реакциями", – пояснил младший научный сотрудник ВятГУ Алексей Иванов.
По мнению специалистов, наиболее трудной задачей является переход от единичных лабораторных образцов к полноценным прототипам промышленных изделий. Научный коллектив работает над поиском решений, которые позволят внедрить технологии в массовое производство, в том числе и с точки зрения экономической целесообразности.
Работа над созданием источников энергии на основе ТОТЭ проводится в ВятГУ рамках проекта "Среда обитания" программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030". | 
