Недавнo иcпанcкие ученые разрабoтали низкoтемпературный электрoлит. Этo пoзвoляет раcширить вoзмoжнocти их практичеcкoгo применения. Иcпoльзoвание пoдoбных элементoв в качеcтве иcтoчникoв электрoэнергии позволяет cоздавать эффективные электромобили и небольшие электроcтанции широкого cпектра дейcтвия.
Оcновное преимущеcтво твердоокcидных элементов в том, что они не нуждаютcя в дорогом катализаторе (платине) и могут работать на многих видах топлива. Долгое время проблемой в иcпользовании твердоокcидных элементов были выcокая температура протекания процеcса (700-1000ºC) и необходимость утилизировать тепло.
Длительные поиски путей снижения температуры реакции привели к положительному результату. Удалось снизить температуру до 500ºC. Учеными разработан новый низкотемпературный электролит для твердооксидных топливных элементов. Они снизили тем
пературу, при которой начинается электрохимическая реакция, до 25ºC. Применение такого электролита в топливных элементах существенно упрощает их использование. Понижения температуры реакции удалось добиться модификацией традиционно используемого в качестве электролита оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Кроме того, была усовершенствована конструкция электродов. Твердооксидные топливные элементы до сих пор рассматривались как перспективное решение для больших электростанций. Было доказано, что использование тепла электрохимической реакции для дополнительной выработки электроэнергии при помощи газовой или паровой турбины может довести КПД теплоэлектростанций до 80%. В качестве топлива для этого типа элементов могут применяться любое жидкое или газообразное органическое топливо либо водород.
Высокая температура реакции, являющаяся преимуществом применения твердооксидных топливных элементов в большой энергетике, усложняет и делает слишком дорогим их широкое распространение в других областях. Специалисты полагают, что с новой разработки начнется долгожданный прорыв топливных элементов на рынок источников электроэнергии. В твердооксидных топливных элементах ионы кислорода проходят через твердый оксид, который используется в качестве электролита, и при высокой температуре реагируют с водородом на аноде. Источником водорода может быть органическое жидкое или газообразное топливо. В том случае, если в качестве топлива применяется чистый водород, результатом реакции является только вода. Электролит не позволяет образовавшимся на аноде электронам двигаться обратно в сторону катода. Если замкнуть катод и анод на внешнюю нагрузку, движение электронов от анода к катоду начнется именно через нее. Будет создан электрический ток.
Обычный электролит обладает ионной проводимостью только при высоких температурах. В результате проведенных опытов было доказано, что ионная проводимость при низких температурах может быть существенно улучшена, если на слой обычного электролита будет нанесен слой титаната стронция (SrTiO3) толщиной 10 нм. Благодаря отличию строения кристаллических решеток оксида циркония и титаната стронция в о
бласти контакта этих материалов образуется большое число «кислородных вакансий» (дырок) – мест, которые могут быть заняты атомами кислорода. Эти «кислородные вакансии» образуют пути, по которым ионы кислороды движутся сквозь электролит. Благодаря использованию двух материалов вместе значение фактора проводимости (мера проводимости электролита) при температуре 25ºC достигает 100 млн. Конечно, необходим еще ряд комплексных испытаний, позволяющий проанализировать улучшение ионной проводимости через разработанный электролит. Это сделать сложно, т.к. речь идет об измерениях свойств сверхтонких материалов. Кроме того, для использования нового электролита потребуется изменить конструкцию твердооксидных топливных элементов. Улучшенная электропроводность электролита наблюдается вдоль поверхности соприкосновения материалов, а не перпендикулярно. Ограничение на применения низкотемпературного электролита накладывает материал, из которого сделаны электроды. Для того, чтобы они могли выполнять свою функцию при низкой температуре, их также необходимо совершенствовать.
И только после подтверждения вышеназванных свойств технологии топливных элементов получат мощный импульс для развития.
Оcновное преимущеcтво твердоокcидных элементов в том, что они не нуждаютcя в дорогом катализаторе (платине) и могут работать на многих видах топлива. Долгое время проблемой в иcпользовании твердоокcидных элементов были выcокая температура протекания процеcса (700-1000ºC) и необходимость утилизировать тепло.
Длительные поиски путей снижения температуры реакции привели к положительному результату. Удалось снизить температуру до 500ºC. Учеными разработан новый низкотемпературный электролит для твердооксидных топливных элементов. Они снизили тем
пературу, при которой начинается электрохимическая реакция, до 25ºC. Применение такого электролита в топливных элементах существенно упрощает их использование. Понижения температуры реакции удалось добиться модификацией традиционно используемого в качестве электролита оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Кроме того, была усовершенствована конструкция электродов. Твердооксидные топливные элементы до сих пор рассматривались как перспективное решение для больших электростанций. Было доказано, что использование тепла электрохимической реакции для дополнительной выработки электроэнергии при помощи газовой или паровой турбины может довести КПД теплоэлектростанций до 80%. В качестве топлива для этого типа элементов могут применяться любое жидкое или газообразное органическое топливо либо водород.
Высокая температура реакции, являющаяся преимуществом применения твердооксидных топливных элементов в большой энергетике, усложняет и делает слишком дорогим их широкое распространение в других областях. Специалисты полагают, что с новой разработки начнется долгожданный прорыв топливных элементов на рынок источников электроэнергии. В твердооксидных топливных элементах ионы кислорода проходят через твердый оксид, который используется в качестве электролита, и при высокой температуре реагируют с водородом на аноде. Источником водорода может быть органическое жидкое или газообразное топливо. В том случае, если в качестве топлива применяется чистый водород, результатом реакции является только вода. Электролит не позволяет образовавшимся на аноде электронам двигаться обратно в сторону катода. Если замкнуть катод и анод на внешнюю нагрузку, движение электронов от анода к катоду начнется именно через нее. Будет создан электрический ток.
Обычный электролит обладает ионной проводимостью только при высоких температурах. В результате проведенных опытов было доказано, что ионная проводимость при низких температурах может быть существенно улучшена, если на слой обычного электролита будет нанесен слой титаната стронция (SrTiO3) толщиной 10 нм. Благодаря отличию строения кристаллических решеток оксида циркония и титаната стронция в о
бласти контакта этих материалов образуется большое число «кислородных вакансий» (дырок) – мест, которые могут быть заняты атомами кислорода. Эти «кислородные вакансии» образуют пути, по которым ионы кислороды движутся сквозь электролит. Благодаря использованию двух материалов вместе значение фактора проводимости (мера проводимости электролита) при температуре 25ºC достигает 100 млн. Конечно, необходим еще ряд комплексных испытаний, позволяющий проанализировать улучшение ионной проводимости через разработанный электролит. Это сделать сложно, т.к. речь идет об измерениях свойств сверхтонких материалов. Кроме того, для использования нового электролита потребуется изменить конструкцию твердооксидных топливных элементов. Улучшенная электропроводность электролита наблюдается вдоль поверхности соприкосновения материалов, а не перпендикулярно. Ограничение на применения низкотемпературного электролита накладывает материал, из которого сделаны электроды. Для того, чтобы они могли выполнять свою функцию при низкой температуре, их также необходимо совершенствовать.
И только после подтверждения вышеназванных свойств технологии топливных элементов получат мощный импульс для развития.
