Новое поколение электрохимических ячеек
Проект научного коллектива во главе с заведующим лабораторией кинетики ИВТЭ УрО РАН доктором химических наук Денисом Осинкиным получил поддержку Российского научного фонда по итогам конкурса «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами». Уральские ученые предложили инновационный подход к исследованию и разработке материалов на основе перовскита для генерации электроэнергии.
Глобальное изменение климата ставит перед человечеством задачу поиска эффективного метода преобразования энергии. Электрохимические технологии наиболее привлекательны для решения таких задач. В последнее время особое внимание уделяется электрохимическим устройствам на твердых электролитах для генерации электроэнергии и преобразования газов — топливным элементам на твердооксидных электролитах (ТОТЭ и ТОЭ).
В последние годы были достигнуты значительные успехи в разработке и масштабировании таких устройств. Уже сейчас многие компании предлагают автономные электростанции на основе ТОТЭ. Так, компания “Bloomenergy” предлагает к продаже подстанции на ТОТЭ мощностью 300 кВт. Сценарии практического использования энергоустановок на основе ТОТЭ весьма разнообразны, в частности они могут применяться на морском и авиационном транспорте.
Однако на данный момент спрос на такие устройства невелик из-за высокой стоимости целевого продукта (электроэнергии/водорода), а также ряда недостатков текущего поколения ТОТЭ и ТОЭ. Эти недостатки — высокая стоимость изготовления, крайне большое время выхода на рабочий режим (до нескольких суток из-за длительного восстановления никель-керметных электродов), химическое взаимодействие между материалами — обусловлены выбранным несколько десятилетий назад вектором развития химического дизайна ТОТЭ и ТОЭ, а именно использованием многослойных гетерофазных структур с различающимися физическими, химическими и термомеханическими свойствами слоев.
Так называемые симметричные топливные элементы, в которых в качестве несущего слоя используется высокопроводящий электролит, а топливный и кислородный электроды имеют одинаковый химический состав, отличный от состава электролита, лишены многих из названных недостатков.
Группа исследователей под руководством Дениса Осинкина разрабатывает новое поколение электрохимических ячеек, в которых электролит, топливный и кислородный электроды будут иметь одинаковый ионный состав. Такой подход колоссально снизит время и ресурсозатраты на изготовление ячеек и позволит сократить время запуска благодаря высокой термомеханической и химической совместимости компонентов ячейки и отсутствия стадии восстановления топливного электрода. Более того, такие ячейки способны работать как обратимые устройства в широком диапазоне напряжений, что существенно расширяет возможности их использования.
