На Урале в восемь раз повысили мощность "газовых батареек"

Одним из таких направлений являются топливные элементы, способные напрямую преобразовывать химическую энергию в электрическую без стадии горения. МОСКВА, 31 авг — РИА Новости. Ученые УрФУ в составе научного коллектива смогли в восемь раз увеличить мощность топливных элементов, которые «превращают в электричество» газообразное топливо и кислород из воздуха. По мнению исследователей, улучшить работу таких устройств поможет модификация поверхности одного из элементов батарейки, что в перспективе повысит их эффективность и стабильность. Результаты исследования опубликованы в Journal of Power Sources.

Твердотельные топливные элементы (ТОТЭ) представляют собой устройства, в которых энергия химической реакции между газообразным топливом и кислородом воздуха преобразуется непосредственно в электричество. Такие системы считаются перспективными для энергетики будущего, поскольку они могут обеспечивать высокий КПД, работать на различных видах топлива и находить применение как в промышленности, так и в автономных источниках питания. Важной задачей для ученых остается увеличение мощности и снижение потерь при работе элементов, и именно на решение этой проблемы было направлено новое исследование.

Как отмечают авторы работы, изменение поверхности одного из компонентов батарейки может существенно повлиять на процессы, происходящие внутри топливного элемента. Это открывает возможности для создания более производительных и долговечных энергетических установок, которые смогут эффективнее использовать топливо и выдавать больше электроэнергии. В будущем подобные разработки могут стать основой для более экологичных и экономичных энергоисточников.

Современные батарейки и топливные элементы работают по разным принципам: если в обычных источниках питания постепенно расходуются внутренние запасы энергии, то в топливных элементах происходит непрерывное преобразование веществ, поступающих извне, что делает такую технологию более перспективной для длительной работы. Об этом сообщили в Уральском федеральном университете имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ).

Как пояснил старший научный сотрудник кафедры экономики природопользования УрФУ, заведующий лабораторией кинетики Института высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН Денис Осинкин, в ТОТЭ все основные элементы, участвующие в передаче электрического тока, — катод, анод и промежуточный слой — могут изготавливаться из одних и тех же материалов. Это существенно упрощает технологию производства и снижает его стоимость, что особенно важно для промышленного внедрения подобных устройств.

За последние два года исследователям удалось добиться заметного прогресса в создании электролита и катода. При этом одной из ключевых проблем оставался топливный электрод, то есть анод, который работал недостаточно эффективно. Главная трудность заключалась в том, что реакция расщепления молекул водорода происходила слишком медленно, из-за чего производительность элемента снижалась. Ученые продолжают искать решения, которые позволят повысить скорость электрохимических процессов и сделать ТОТЭ более надежными и экономичными.

По словам специалистов, дальнейшее совершенствование таких систем может сыграть важную роль в развитии экологически чистой энергетики. Если удастся повысить эффективность ключевых компонентов и оптимизировать материалы, топливные элементы смогут найти применение в энергетике, транспорте и других областях, где особенно важны стабильность, экономичность и снижение вредных выбросов.

Ученые Уральского федерального университета вместе с коллегами из Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН предложили эффективный способ ускорить работу анода в твердооксидных топливных элементах. Эта разработка может заметно повысить производительность таких устройств и сделать их более перспективными для энергетики будущего. В результате мощность ТОТЭ удалось увеличить в восемь раз, что является важным шагом для совершенствования подобных источников энергии.

Как пояснил Осинкин, исследователи применили сразу два простых, но действенных приема, чтобы «разогнать» электрохимическую реакцию. Сначала на анод нанесли проводящую серебряную «паутинку», которая помогает эффективнее собирать и передавать электрический ток. Затем сам анод пропитали микроскопическими частицами никеля и оксида церия: эти материалы облегчают расщепление водорода на более простые частицы и ускоряют отдачу электронов.

Такой подход значительно усилил работу электрода: его электрохимическая активность выросла в 20 раз. В итоге исследователям удалось добиться мощности 450 милливатт на квадратный сантиметр при температуре 800 °C. Подобные результаты открывают новые возможности для создания более мощных, надежных и экономичных топливных элементов, которые могут применяться в энергетике и промышленности.

В ходе работы над проектом исследователь отметил, что никаких иных изменений в ТОТЭ внесено не было, а сама небольшая доработка уже доказала свою надежность и результативность в течение 500 часов испытаний. Это позволяет говорить о высокой стабильности решения и его практической применимости. При этом полученные данные дают основание рассчитывать на дальнейшее совершенствование технологии.

"Стандартные размеры единичных топливных элементов, которые применяются при создании энергогенераторов мощностью в сотни киловатт, как правило, не превышают 20 на 20 сантиметров. По нашему мнению, на данный момент отсутствуют принципиальные препятствия, которые не позволили бы масштабировать нашу разработку до таких параметров, однако для этого потребуется серьезная технологическая проработка и дополнительные инженерные исследования", — подчеркнул ученый. Он добавил, что переход к более крупным образцам связан не столько с научными ограничениями, сколько с необходимостью отладить производственные процессы. В перспективе это может открыть путь к созданию более эффективных и мощных энергетических установок.

Данное исследование стало возможным благодаря поддержке Российского научного фонда, что позволило реализовать поставленные научные задачи на высоком уровне. Финансирование со стороны фонда сыграло важную роль в организации и проведении работы, а также в получении значимых результатов. Подобная поддержка способствует развитию научных инициатив, укреплению исследовательской базы и расширению возможностей для дальнейших проектов. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, что подчеркивает значимость и актуальность проведенного исследования. Полученные результаты могут быть использованы в последующих научных разработках и практических приложениях, а также станут основой для новых направлений изучения в данной области. Такой вклад в научную деятельность имеет большое значение для продвижения отечественной науки и внедрения современных подходов в исследовательскую практику.

Источник и фото - ria.ru