Российские учёные разработали материал для создания топливных элементов

Физики из России представили новый материал для создания прочных проводящих мембран твёрдого электролита, предназначенных для использования в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ). Эти мембраны должны быть устойчивы к высоким температурам и сильным токовым нагрузкам. Твёрдые электролиты могут значительно увеличить эффективность батарей и уменьшить их размеры, а также сыграть важную роль в создании эффективных устройств для получения электроэнергии из газообразных углеводородов.

Физики, в частности, сфокусировались на материалах, основанных на диоксиде циркония, которые широко применяются в качестве электролитических мембран в твердооксидных топливных элементах. Однако длительное воздействие высоких температур на эти материалы может привести к старению и ухудшению их характеристик. Высокая температура также является препятствием, поэтому учёные исследуют, как снизить её и повысить устойчивость материалов.

Исследователи проанализировали процессы старения твёрдых электролитов на основе диоксида циркония при отжиге. Они использовали монокристаллы диоксида циркония с легирующими добавками, выращенные методом направленной кристаллизации из расплава. Результаты исследования показали, что замена оксида скандия на оксид иттербия приводит к увеличению параметра решётки, а также к уменьшению проводимости на 55% в определённых условиях. Однако образцы с добавлением иттербия сохраняли свою структуру и проводимость даже после длительного воздействия высоких температур.

Эти исследования имеют большое значение для создания эффективных батарей на основе твёрдых электролитов, таких как потенциометрические датчики, кислородные насосы и электролизёры. Работу провели учёные из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН, МИСиС, МФТИ, Института физики твёрдого тела им. Ю. А. Осипьяна РАН и Московского политеха.