Главная Наука и технологии В Екатеринбурге разработали новый материал для твердооксидных топливных элементов

В Екатеринбурге разработали новый материал для твердооксидных топливных элементов

0
0
2

Химики из Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН в Екатеринбурге вместе с коллегами из Греции предложили новые материалы для катодов твердооксидных топливных элементов. Ученые заменили часть атомов железа в составе Nd0.5Ba0.5FeO3−δ на кобальт, одновременно увеличив проводимость и снизив тепловое расширение материала. Их статья опубликована в журнале Dalton Transactions.

В твердооксидных топливных элементах электролитом выступает твердый материал, проницаемый для ионов кислорода или водорода. Такие элементы могут работать при высоких температурах. Одними из лучших «водородных» проводников считаются соединения на основе оксидов кобальта. Однако, использовать их при высоких температурах оказалось нельзя из-за теплового расширения — часть ячейки при нагревании увеличивалась в размерах, что портило контакты и снижало проводимость. Их потенциальной заменой могут быть схожие соединения железа — тепловое расширение у них слабее. Однако, такие материалы пока что уступают кобальтовым аналогам в проводимости, поэтому ученые сейчас пытаются оптимизировать их состав и строение.

В совместном исследовании российских и греческих химиков отправной точкой стал смешанный феррит ниодима и бария Nd0.5Ba0.5FeO3−δ. Индекс 3−δ обозначает, что в веществе «не хватает» кислорода. Это сделано специально, чтобы улучшить проводимость через изменение количества дефектов. В исходный материал добавляли кобальт (Со), медь (Cu) и никель (Ni), заменяя на эти металлы небольшую часть железа (Fe) — химики называют такие замены допированием. Сложные оксиды были получены испарением растворов и прокаливанием твердого остатка при температуре в 700 градусов Цельсия.

Анализ образцов показал, что Nd0.5Ba0.5FeO3−δ «впускает» в себя до десяти процентов допирующих металлов. Термическое расширение у всех смешанных материалов оказалось слабее, чем у исходного Nd0.5Ba0.5FeO3−δ. Любопытно, что даже добавка кобальта (металла, который был «проблемным» в плане теплового расширения) в данном случае помогла уменьшить проявление этого нежелательного процесса. А чемпионом оказался материал с медью — у него коэффициент теплового расширения был почти вдвое ниже, чем у Nd0.5Ba0.5FeO3−δ.

Самая высокая суммарная проводимость оказалась у образца с никелем. А вот в ионной проводимости (которая является ключевой для таких материалов) рекордсменом оказался «кобальтовый» образец. Он же показал наилучшие результаты в тестах прототипов ячеек (причем двух типов: стандартной симметричной ячейки и асимметричной «топливной»). Таким образом, авторам статьи удалось найти тонкий баланс между хорошими проводящими свойствами, за которые «отвечает» добавка кобальта, и отсутствием теплового расширения, которую обеспечивает правильное соотношение кобальта и железа, а значит — получить материал, перспективный для применения в твердооксидных топливных элементах.

Источник

Загрузить больше публикаций
Загрузить еще от Денис Владимиров
Загрузить еще в Наука и технологии

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.