Группа ученых создала руководство по стратегиям дизайна кислородных электродов для твердооксидных электрохимических устройств. Исследователи сформулировали ключевые направления химического и структурного дизайна кислородных электродов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и твердооксидных электролизеров (ТОЭ). Работу по современным стратегиям улучшения электрохимических характеристик кислородных электродов при пониженных рабочих температурах ученые опубликовали в журнале Sustainable Energy Technologies and Assessments. Как полагают авторы исследования, руководство пригодится ученым, работа которых связана с созданием и конструированием воздушных электродов электрохимических ячеек.

«Многие из процессов в технологии водородной энергетики реализуются с помощью топливных элементов и электролиза, в котором участвуют ТОТЭ и ТОЭ. Эти электрохимические устройства весьма перспективны благодаря высокой эффективности преобразования энергии и широкому диапазону эксплуатационных характеристик», — поясняет заведующий лабораторией водородной энергетики УрФУ Дмитрий Медведев.

Обычные ТОТЭ и ТОЭ рассчитаны на работу при высоких температурах (выше 800 °C), новые высокопроводящие электролитные материалы и технологии снизили возможный рабочий диапазон температур до 400–700 °C. При пониженных температурах процессы, протекающие на электродах, характеризуются медленной кинетикой. Поэтому поиск новых материалов для создания перспективных электродов (главным образом, позитродов) с высокой электрохимической активностью имеет большое значение для создания устройств, эффективно функционирующих в низко- и среднетемпературном интервалах.

«С точки зрения структурного дизайна мы обобщили свойства перовскитных электродов и их слоистых производных. С точки зрения химического дизайна мы представили различные модификации традиционных сложных оксидов. Данные стратегии позволяют анализировать существующие объекты в химическом материаловедении и выбирать более эффективные пути создания оптимальных составов кислородных электродов», — добавляет доцент кафедры физической и неорганической химии УрФУ Елена Филонова.

Напомним, процессы преобразования энергии с использованием ТОТЭ и ТОЭ включают традиционные тактики (использование водорода, электролиз воды), а также новые подходы, такие как электролиз диоксида углерода, неокислительная конверсия углеводородов, синтез аммиака и другие. Исследовательский коллектив обобщил традиционные и самые актуальные направления в разработке кислородных электродов, используемых в различных электрохимических элементах.