В Новосибирске нашли способ продлить жизнь твердооксидным топливным элементам

Ученые Института твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН вместе с коллегами из Вятского государственного университета улучшили защитное покрытие для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Оно гасит воздействие высоких температур, при которых работают ТОТЭ, и позволяет энергоустановкам дольше функционировать без поломок и перебоев.

Топливные элементы — это устройства, в которых химическая энергия топлива преобразуется в электрический ток. Твердооксидный топливный элемент, он же ТОТЭ, —топливный элемент, в котором вместо жидкого электролита, как в обычной батаре йке, используется твердая керамика. В ТОТЭ топливо — водород или синтез-газ — не сгорает, а окисляется, реагируя со специальным веществом-окислителем (как правило, кислородом), в результате чего вырабатываются электрический ток и побочные продукты: водяной пар и углекислый газ. Их можно собирать и изолировать, а можно снова пускать в дело — например, вращать с их помощью лопатки газовых турбин, при помощи которых вырабатывается электричество на газотурбинных электростанциях, и получать таким образом двойную пользу. Кроме того, ТОТЭ работают при высокой температуре — как правило, от 700 градусов. Выделяемое ими тепло тоже можно использовать, например, подогревать с его помощью жидкость-теплоноситель и отапливать таким образом жилые дома или промышленные помещения.

ТОТЭ обладают сравнительно простым устройством, поэтому могут собираться в разных размерах и мощности: от больших стационарных установок до совсем маленьких и переносных, размером с электрочайник. Однако пока что, несмотря на всю свою полезность, ТОТЭ распространены мало. Причина тому — их высокая стоимость, а также то, что под воздействием высоких температур они способны постепенно выгорать и разрушаться. Именно решению последней проблемы и посвящена научная работа ученых СО РАН.

Чтобы получить улучшенное покрытие для ТОТЭ, ученые приготовили суспензию из порошков марганца и кобальта, нанесли ее на стальную подложку и поместили в ванну с электролитом, куда подали электрический ток. Под действием электрического поля частицы металлов осели на поверхность стали, крепко с ней сцепившись. На финальном этапе получившуюся деталь прокалили в специальной печи при температуре в 1100 градусов, чтобы улучшить адгезию элементов.

Полученные образцы проверили на стойкость: в течение 500 часов подвергали воздействию температуры в 850 градусов, рабочей температуры ТОТЭ, в которых они будут использоваться. Как показали испытания, нанесенное электрофоретическим методом покрытие намного лучше защищает металл от высокотемпературной коррозии: скорость его выгорания замедляется в несколько десятков раз.

В настоящее время авторы разработки оформляют на нее патент.