Это позволит создать новое поколение высокоэффективных твердооксидных топливных элементов

Исследователи из России изучили электрохимические свойства 270 кислород-ионных проводников на базе соединений элементов из группы лантанидов, что позволило им выявить 46 твердых электролитов, подходящих для использования в качестве основы для твердооксидных топливных элементов. Об этом в пятницу сообщила пресс-служба Минобрнауки России.

"Научный коллектив Самарского государственного технического университета (СамГТУ) установил порядка 270 неорганических соединений, представляющих интерес для электрохимических устройств. Среди них 46 соединений, ранее не изученных, могут выступать в качестве электролитов для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ)", - говорится в сообщении.

Твердооксидные топливные элементы - источники питания, в которых энергия извлекается в результате химических реакций между двумя наборами веществ. Ключевой частью этих топливных элементов является твердый электролит, который разделяет топливо и окислитель, но при этом позволяет им вступать в реакции друг с другом.

Такие батареи извлекают энергию из топлива лучше двигателей внутреннего сгорания. Их массовое использование в быту и промышленности пока ограничено высокой стоимостью топливных элементов, низким КПД и недолговечностью некоторых рабочих элементов, в том числе электродов, а также контактов между ними и другими компонентами батарей.

Новые твердые электролиты

Группа российских химиков под руководством Натальи Кабановой, старшего научного сотрудника Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению СамГТУ, уже долгое время пытается подобрать замену для твердых электролитов на базе диоксида циркония, которые обычно используются при производстве ТОТЭ и обладают относительно низким КПД работы.

Исследователи предположили, что их можно заменить соединениями кислорода, элементов из группы лантана и других металлов, которые бы могли хорошо проводить через себя ионы кислорода и работать при более низких температурах, чем твердые электролиты на базе диоксида циркония. Руководствуясь этой идеей, ученые использовали методы автоматизированной химии для изучения свойств кислород-ионных проводников на базе соединений лантанидов, кислорода и разных металлов.

В общей сложности, команде удалось раскрыть структуру и определить свойства для 270 веществ, способных активно пропускать через себя ионы кислорода и другие носители заряда. Сразу 46 из них ранее не изучали, при этом эти твердые электролиты потенциально пригодны для использования в качестве основы для ТОТЭ.

В их число, в частности, вошло несколько соединений кислорода, лютеция и германия, а также соединения неодима, вольфрама, рения и иттербия. Синтез и изучение свойств этих соединений лантанидов позволит понять, какие из них наиболее подходят на эту роль, что позволит создать новое поколение высокоэффективных ТОТЭ, подытожили исследователи.