Химики предложили наноматериалы для печати твердооксидных топливных элементов

<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>