Ученый ТПУ разработал новейшие технологии изготовления твердооксидных топливных элементов

| 12814

Старший научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Степан Линник и его команда разработали ионно-плазменные методы формирования тонкопленочных твердооксидных топливных элементов. Реализация проекта проходила при поддержке гранта Российского научного фонда.

По словам ученого, несмотря на то, что во всем мире твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) на анодной основе с тонким электролитом являются одной из самых перспективных и развиваемых конструкций — в России они не производятся. Здесь наиболее популярными являются ТОТЭ с несущим электролитным слоем, они на протяжении многих лет разрабатываются в ряде институтов РАН. Однако из-за толстого (сотни микрон) электролита эта конструкция имеет рабочие температуры выше 850°С и, как следствие, требует использования дорогостоящих материалов.

«При снижении температуры топлива ниже 800°С требования к конструкционным материалам снижаются, а долговечность и надежность устройства растет. В нашем проекте мы изготовили и испытали топливные ячейки твердооксидных топливных элементов с несущим анодом, слои которого сформированы методом магнетронного распыления в виде тонких пленок. Данная тонкопленочная технология позволит в едином технологическом цикле создавать топливные ячейки.

— рассказывает Степан Линник. —

Таким образом, мы предлагаем концепцию, в которой основные функциональные слои ТОТЭ изготавливаются толщиной всего несколько микрон — это позволит работать в диапазоне температур 600-800°С с плотностью мощности 0.3-2 кВт/см2, упростить конструкцию, увеличить срок службы элемента и снизить его конечную стоимость»,

Политехник поясняет, что разработанные тонкопленочные твердооксидные топливные элементы станут основой для изготовления батарей, которые являются главной частью автономных энергоустановок на базе электрохимических генераторов, работающих на природном газе. Такие установки могут использоваться в удаленных районах для снабжения электричеством и теплом жилых и производственных объектов, куда экономически не выгодно подводить линии электропередач. А также на станциях катодной защиты на нефтегазопроводах, что очень актуально для России.

Фото: Топливная ячейка с нанесенными на нее тонкими слоями.

В команде Степана Линника: доцент ТПУ, заведующий лабораторией прикладной электроники Института сильноточной электроники СО РАН Андрей Соловьев, ведущий инженер Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Александр Лаук и инженер Егор Смолянский, ученые РАН — инженеры Игорь Ионов и Вячеслав Семенов, младший научный сотрудник Анна Шипилова, а также Михаил Бубенчиков из ООО «Газпром трансгаз Томск». На сегодняшний день ученые работают над созданием полупромышленных образцов батарей ТОТЭ, и планируют и дальше проводить исследования в данной тематике.

Добавим, что нанесение тонких слоев электролита и катода в рамках проекта осуществлялись командой на учебно-исследовательском комплексе ТПУ для осаждения покрытий и модификации поверхностей различных материалов. Топливные ячейки размерами 50х50 мм и 100х100 мм также испытывались в Томском политехе. А исследования электрических характеристик ячеек твердооксидного топливного элемента диаметром 20 мм проводились методами вольтамперометрии и импедансной спектроскопии на специальном стенде в ИСЭ СО РАН.