23 March 2023, 22:00 Анна Солдатенко

Химики предложили наноматериалы для печати твердооксидных топливных элементов

Ученые из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН разработали подход к формированию иерархически организованных материалов состава NiO, (CeO2)0.8(Sm2O3)0.2) и La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ с использованием гидротермального и гликоль-цитратного синтеза. Они могут быть использованы как чернила для микроэкструзионной печати элементов твердооксидных топливных элементов, работающих при относительно невысоких температурах. Исследование поддержано грантом РНФ. 

<p> <p>С каждым годом растет потребность в энергии, равно как и связанная с ее производством антропогенная нагрузка на окружающую среду. Именно поэтому исследователи по всему миру работают над созданием альтернативных, так называемых «зеленых», технологий. Одна из них — твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), которые представляют собой электрохимическое устройство, преобразующее топливо (например, водород) в электричество и тепло, а газообразные продукты реакции можно использовать для получения дополнительной энергии с помощью газовой турбины. Эффективность ТОТЭ достаточно велика, а вредные выбросы малы.<p>Области применения таких топливных элементов разнообразны: аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, малые и крупные электростанции, портативные электрогенераторы, комбинированная теплоэнергетика и резервные источники питания. Однако внедрение их в широкое использование проблематично — установки работают при высоких температурах (700-1000°С), что требует специальных материалов и конструкций, которые, к тому же, быстро выходят из строя. В результате «зеленая» энергия оказывается невыгодной. Возможны два пути решения этой проблемы: поиск материалов, которые будут эффективно работать при более низких температурах, или уменьшение толщины основных компонентов (электродов и электролита) — это снизит сопротивление и позволит повысить мощность ТОТЭ.<p>Исследователи из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН объединили оба решения. Они получили нанопорошки состава NiO, (CeO2)0.8(Sm2O3)0.2 и La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ гидротермальным и гликоль-цитратным методами. Первый подход позволяет достаточно тонко контролировать микроструктуру формируемых частиц — размер, форму, уровень пористости, а второй является удобным при синтезе оксидов сложного состава.<p>С использованием функциональных чернил на основе полученных оксидных нанопорошков методом микроэкструзионной печати на поверхность подложек различного типа последовательно были нанесены покрытия состава NiO-(CeO2)0.8(Sm2O3)0.2, (CeO2)0.8(Sm2O3)0.2 и La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-(CeO2)0.8(Sm2O3)0.2 с формированием в итоге трехслойных структур состава (NiO-(CeO2)0.8(Sm2O3)0.2)/(CeO2)0.8(Sm2O3)0.2/(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-(CeO2)0.8(Sm2O3)0.2). По результатам проведенных анализов было показано, что микроструктурные особенности полученных оксидных слоев наследуются от соответствующих порошков, материалы являются наноразмерными и не содержат дефектов в виде отслоений, разрывов или примесных включений. Кроме того, был подтвержден целевой состав всех напечатанных функциональных слоев и четкие межфазные границы.<p>Ключевой результат исследования — демонстрация возможности микроэкструзионной печати миниатюрных многослойных иерархически организованных проводящих наноструктур заданной геометрии, что является перспективным для развития подходов к миниатюризации ТОТЭ.<p> 

News article publications

Read also

Обнаружены новые особенности спирального антиферромагнетика GdRu2Si2
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Materials Science
Nanotechnology
Spectroscopy
26 December 2023
Покрытие с наностолбиками защитит силиконовые импланты от бактерий
Ученые из МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского государственного технического университета разработали покрытия, которые обезопасят от микробного загрязнения импланты, вживляемые в человеческий организм.
"Smart" materials
Materials Science
Nanotechnology
23 August 2023
«Электронный нос» будет контролировать безопасность пластика вместо людей
Вместе с методами машинного обучения сенсор поможет точнее отслеживать содержание потенциально вредных веществ во вторичном пластике — отличить его от первичного уже удалось с точностью до 98,5%
Machine learning
Materials Science
Nanotechnology
Sensors
18 July 2023
Электродинамическая ловушка помогла охарактеризовать четыре свойства частиц
Новый недорогой подход объединил в себе сразу несколько проверенных методик и показал свою эффективность: погрешность определения массы составила примерно 10%, размера и заряда — 16%, а плотности — 18%
Electrodynamics
Materials Science
Nanotechnology
New techniques
17 July 2023
Новый биоразлагаемый наноматериал оказался способен к самодезинфекции
Он состоит из биоразлагаемых поликапролактоновых волокон с наночастицами серебра. Его можно использовать при изготовлении повязок на раны, в системах очистки воды и фильтрации воздуха
Materials Science
Microbiology
Nanotechnology
27 June 2023
Легирование перовскитов позволило им излучать свет с разными длинами волн
Весь процесс происходил в растворе при комнатной температуре, а для точной настройки длины волны излучаемого света необходимо было лишь менять соотношение добавляемых прекурсоров — источников ионов иттербия и марганца
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
7 June 2023