Сотрудники института водородной энергетики УрФУ и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН создали перспективный материал для устройств водородной энергетики — топливных элементов и электролизеров. Новый материал обладает высокой протонной проводимостью и необычными свойствами (зависят от степени допирования), благодаря которым его можно использовать в качестве электролита (при высоком уровне допирования) и электрода (при низких уровнях допирования) в твердооксидных топливных элементах и электролизерах.

Описание нового материала и результаты исследования представлены в Journal of Power Sources. «Мы синтезировали электролитный материал с перовскитной структурой на основе станната бария. Модифицирование станната бария различным количеством иттрия позволило получить материалы с любопытными свойствами. При высоких степенях замещения олова на иттрий материалы являются ионными (протонными) проводниками, что позволяет рассматривать их в качестве перспективных электролитов.

В то же время введение малого количества иттрия в состав приводит к возникновению выраженного электронного транспорта, позволяя использовать данные материалы в качестве электродов для тех же электрохимических устройств, как ТОТЭ, так и электролизеров, либо открывает широкие возможности для применения в электрохимических конвертерах, в частности для кислород-, водород- и водопроницаемых мембран», — объясняет суть работы соавтор, инженер-исследователь научной лаборатории водородной энергетики УрФУ Георгий Старостин.

Материалы на основе станната бария используются в качестве сенсора для определения аммиака, формальдегида, этанола и некоторых других газов. Также они нашли применение среди электродов для солнечных батарей, пассивных или активных компонентов в оптоэлектронике. Цель же уральских химиков — получить на основе станната бария составы с новыми свойствами, которые подойдут для электролитных систем с улучшенными характеристиками, необходимыми для электрохимических устройств, например, повышенным уровнем ионной электропроводности.

«Поиск новых электролитных материалов с улучшенными функциональными возможностями остается важным направлением современного материаловедения и высокотемпературной электрохимии. Подбирать оксидные материалы с выраженной протонной проводимостью крайне важно, так как они используются для создания электрохимических устройств, крайне эффективно преобразовывающих энергию. И станнат бария — перспективный материал в этом плане», — добавляет Георгий Старостин.

Специалисты лаборатории водородной энергетики УрФУ решают задачи распределенной энергетики. В частности, разрабатывают новые электролитные материалы, которые могут найти применение в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) и электролизерах. ТОТЭ — это класс электрохимических устройств, которые напрямую преобразуют химическую энергию топлива в электрическую, минуя стадии конверсии химической энергии в тепловую или тепловой в механическую.

С помощью таких устройств возможно получение электроэнергии из разных видов топлива: водорода, метана или смеси газов. ТОТЭ за счет отсутствия движущихся частей имеют больший ресурс, в отличие от классических электромагнитных генераторов тока, которые нуждаются в периодическом обслуживании. Электролизеры являются подобными электрохимическими системами, которые позволяют путем подачи электроэнергии на устройство проводить электролиз, то есть расщепление более сложных молекул на простые составляющие.