Ученые из Екатеринбурга в восемь раз повысили мощность твердооксидных топливных элементов, которые преобразуют химическую энергию водорода в электричество. Они изменили конструкцию анода, являющегося компонентом высокотемпературных электрохимических ячеек. Такая модификация повысила электрохимическую активность топливного электрода.
Испытания обновленного анода продемонстрировали, что он работает не менее 500 часов без заметной потери эффективности. Мощность топливного элемента увеличилась до 450 мВт/см2 при температуре 800 oC.
Для минимизации окислительно-восстановительной нестабильности анода могут использоваться различные методы. В основном ученые пробуют модифицировать микроструктуру анода путем увеличения его пористости.
Руководитель научной группы, старший научный сотрудник кафедры экономики природопользования Уральского федерального университета, заведующий лабораторией кинетики Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук Д. Осинкин пояснил, что в ходе исследования использовались два несложных метода ускорения реакции. К аноду была прикреплена проводящая серебряная сетка, собирающая электрический ток. Кроме того, анод пропитали микроскопическими частицами никеля и оксида церия, которые способствуют более быстрому расщеплению водорода и отдаче электронов.
После этих изменений элемент заработал в восемь раз мощнее, а анод сохранил целостность в течение 500 часов работы. Состав основного материала при этом остался одинаковым по всему объему без изменений.
Ученые планируют дальнейшее увеличение мощности топливных ячеек более чем в 1,5 раза.
Серебро обладает очень высокой электронной проводимостью. Сетка на аноде служит коллектором тока. Она помогает эффективно собирать электроны с активной зоны и передавать их во внешнюю цепь. Это снижает падение напряжения в токоведущих частях и повышает выходную мощность элемента.
Помимо этого, сетка придает дополнительную жесткость тонкому электродному слою и помогает обеспечить стабильный контакт между анодом и токосъемной пластиной (биполярной пластиной). Стабильный контакт уменьшает локальные сопротивления и снижает риск расслоения.
Пористая структура сетки не блокирует подачу топлива (H2, синтетического газа) к реакционной зоне, но может влиять на поток, более равномерно распределяя газ по площади электрода. Это снижает локальные поляризации и улучшает общую эффективность.
Твердооксидные топливные элементы работают при высоких температурах и служат для получения электроэнергии из водорода. Такие ячейки рассматриваются как перспективное направление для развития водородной энергетики благодаря высокому коэффициенту полезного действия, однако их массовое применение пока ограничено технологическими сложностями производства и требованиями к долговечности материалов.
