Уральские учёные придумали топливный элемент без лишних деталей — энергия стала дешевле

Ученые Уральского федерального университета создали новый твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) с оригинальным химическим дизайном, который делает производство таких устройств проще и дешевле, при этом сохраняя их стабильность. Разработка выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-19-00040), результаты опубликованы в журнале Nanomaterials, сообщили в УрФУ.

Классическая конструкция ТОТЭ включает несколько функциональных слоев с различным химическим составом, что усложняет и удорожает производство. Уральские ученые впервые предложили использовать одинаковые материалы для катода, анода и электролита. Такой подход сокращает технологическую цепочку — меньше нужно порошковых материалов и высокотемпературных обработок.

В качестве топлива в разработке применяются водородсодержащие газы, создающие экстремальную восстановительную атмосферу. Новый элемент выдержал более 950 часов работы при температуре 800 °C с минимальной деградацией характеристик. Это стало возможным благодаря принципу "симметричной ячейки", когда электроды и электролит выполнены на основе соединений с близким или идентичным ионным составом.

Еще одним преимуществом является использование российских материалов — соединений лантана и галлия, добываемых в стране. Сейчас команда планирует масштабировать технологию и перейти к промышленным методам, в частности применить шликерное литье для производства керамических пластин увеличенного размера.

ТОТЭ считаются ключевой технологией водородной энергетики: они позволяют напрямую преобразовывать химическую энергию топлива (водорода или природного газа) в электричество с КПД до 60-70 % при минимальных выбросах. Симметричные элементы — активно развивающееся направление последних лет, направленное на упрощение производства и повышение надежности за счет совместимости материалов.