.jpg)
Высокий коэффициент полезного действия водородных элементов, составляющий 60-70%, выводит их в число наиболее эффективных энергетических систем, что приобретает особую важность при переходе на водородную энергетику, поскольку обеспечивает максимально рациональное использование дорогостоящего экологически чистого топлива.
Основу такого устройства составляет многослойная керамика с электролитом на основе специального порошка. Его свойства напрямую определяют работоспособность системы. Некачественный состав приводит к трем основным проблемам. Во-первых, плохая проводимость ионов кислорода вызывает перегрев без генерации тока. Во-вторых, если структура подобрана неправильно, керамика трескается от перепадов температуры. В-третьих, необходимость использования таких дорогих материалов, как платина, для компенсации недостатков состава вещества резко увеличивает стоимость.
Разработка пермских ученых решает эти проблемы, повышая эффективность, снижая цену и увеличивая срок службы элементов. Качество порошка является ключевым фактором, превращающим топливный элемент в эффективный источник энергии.
Был разработан новый многокомпонентный состав на основе диоксида церия с добавлением таких редкоземельных металлов, как самарий, иттрий, неодим и гадолиний. Для его производства использовался относительно простой и дешевый глицин-нитратный метод. В ходе экспериментов ученые получили три модификации материала, каждая из которых сохранила кристаллическую структуру и приобрела повышенную пористость, являющуюся ключевым свойством для применения в экологически чистых генераторах электричества. Даже самый сложный вариант с четырьмя добавками оказался стабильным, что позволяет создавать компактные и эффективные энергетические установки.
В настоящее время стоимость выпуска топливных элементов нового поколения составляет около 5000 долларов за кВт, что в 2-3 раза выше, чем у обычных генераторов. Основные производители сосредоточены в Японии, США и Германии. Новая технология, созданная группой специалистов из Пермского политехнического университета, может снизить цену на 30-40%, а также открыть возможность для локального применения в Арктике и на Дальнем Востоке, где дизельная генерация крайне дорога.
Благодаря этой разработке также станет возможным создание компактных энергетических установок, способных обеспечивать электричеством целый дом. Такие конструкции будут работать практически бесшумно и выделять только чистый водяной пар, что сделает их идеальным решением для жилых районов. Это особенно важно для регионов, где внедрение экологически чистых технологий сдерживается из-за высокой стоимости и зависимости бюджета от нефтегазового экспорта.
