Ученые Самарского университета предложили 220 новых кислород-ионных проводников с улучшенными характеристиками, которые можно использовать в качестве компонентов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и металл-ионных аккумуляторов с повышенной эффективностью. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

ТОТЭ – высокотемпературные топливные элементы, электролитом в которых выступает керамический материал, проницаемый для ионов кислорода. Эти топливные элементы изготавливаются из специальных материалов и применяются в основном в стационарных электростанциях мощностью от 1 кВт и выше.

Ученые Самарского университета им. Королева подбирали для ТОТЭ материалы с требуемыми свойствами с помощью современных теоретических методов и высокопроизводительных вычислений. Таким образом они нашли новые материалы с кислород-ионной проводимостью, которые позволят повысить эффективность работы топливных элементов. В работе исследователи впервые применили комплекс методов теоретического анализа проводимости в кристаллических структурах, которые ранее применялись по отдельности, сообщила выпускница аспирантуры кафедры физической химии и хроматографии Самарского университета Елизавета Морхова.

«Мы задаем необходимые требования к рассматриваемым химическим соединениям и отбираем многообещающие структуры, которые лишены недостатков, имеющихся у уже используемых в ТОТЭ материалов. Мы нашли 220 новых перспективных материалов с кислород-ионной проводимостью, причем среди них есть несколько структур с абсолютной ионной проводимостью, где величина проводимости достигает значений 10-3 сименс/см (величина измерения проводимости) при 800 °С», – рассказала она.

По словам Морховой, исследователи модифицируют существующие кристаллохимические и квантово-химические методы и внедряют их новые сочетания, чтобы прогнозировать интересные комбинации структур, потенциально пригодные для практического применения. Затем они синтезируют лучшие из разработанных материалов и проверяют их свойства. Так, например, вместе с учеными МГУ им. М. В. Ломоносова и ИВТЭ УрО РАН они обнаружили перспективные катодные материалы (La2MoO6, Nd2MoO6) и твердый электролит (Pr2MoO6) для ТОТЭ.

«Новый подход показал свою универсальность. В перспективе, можно прогнозировать соединения как для ТОТЭ, так и для металл-ионных аккумуляторов (МИА), которые находят применение в электротранспорте и мобильных технологиях», – отметила Морхова.

Дальнейшая задача научного коллектива – найти новые перспективные соединения для повышения характеристик литий-ионных аккумуляторов, а также для новых типов металл-ионных аккумуляторов, например, натрий-ионных. Разработка поддержана грантом программы «Умник» и многочисленными грантами РНФ, РФФИ и президента РФ.

Самарский университет – участник программы Минобрнауки России «Приоритет-2030».

Источник: https://ria.ru/20221201/samarskiy_universitet-1835181070.html