Физики и химики из России обнаружили, что процесс производства углеродных электродов для твердооксидных топливных элементов можно значительным образом упростить и удешевить, если подвергнуть их воздействию плазмы, полученной из воздуха. Об этом сообщила пресс-служба «Сколтеха» (входит в группу ВЭБ.РФ).

«Если сравнивать описанный авторами исследования метод обработки электродного материала с существующими аналогами, то с точки зрения затрат он экономичнее, чем допирование углерода оксидом рутения или платиной. Кроме того, примеси кислорода и азота можно внедрять прямо в процессе изготовления материала электрода, в то время как в случае с оксидом рутения и платиной требуется отдельный этап постобработки», – говорится в сообщении.

Открытие совершено группой российских ученых под руководством старшего преподавателя Центра технологий материалов «Сколтеха» Станислава Евлашина при изучении свойств углеродных материалов, которые используются для изготовления анода, отрицательного полюса твердооксидных топливных элементов. Структура и состав электродов сильно влияют на то, насколько эффективно и быстро окисляется топливо и производится электроэнергия.

Как объясняют ученые, для повышения эффективности работы топливных элементов в их аноды обычно внедряются различные посторонние атомы, ускоряющие реакции с участием топлива. В прошлом для этого использовались соединения драгоценных и редкоземельных металлов, однако российские исследователи обнаружили, что их можно заменить без существенных потерь в эффективности на ионы кислорода и азота, источником которых служит воздух.

Проведенные учеными опыты показали, что превращение воздуха в плазму и обработка им высокоориентированного пиролитического графита и углеродных наностенок превращает их в высококачественные анодные материалы. Они значительно превосходят по всем характеристикам их аналоги, полученные путем обработки этих же углеродных материалов при помощи плазмы, в свою очередь полученной из чистого кислорода или азота.

В ближайшее время, как надеются ученые, их разработка значительно повысит эффективность и снизит себестоимость твердооксидных топливных элементов, а также упростит технологию их производства. Решение этих задач является критически важным для расширения применения этого класса источников питания в быту и в различных сферах экономики и промышленности.

О топливных элементах

Твердооксидные топливные элементы представляют собой особые источники питания, в которых энергия извлекается в результате химических реакций между двумя наборами веществ. Ключевой частью этих топливных элементов является специальный твердый электролит, который разделяет топливо и окислитель, но при этом позволяет им вступать в реакции друг с другом. Подобные батареи значительно эффективнее извлекают энергию из топлива, чем это делают двигатели внутреннего сгорания.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/20615887