Изучение взаимосвязи микроструктуры и процессов переноса заряда в композиционных электродах ТОТЭ планарной геометрии

Объект исследования - процессы, протекающие в электродах твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Цель исследования - изучение кинетики окислительно-восстановительных реакций, механизмов токогенерирующих реакций и особенностей переноса заряда в электродах ТОТЭ. Разработана и создана новая экспериментальная методика для исследования кинетики окислительно-восстановительных реакций, позволяющая проводить исследования методами спектроскопии комбинационного рассеяния света, а также с помощью традиционных электрохимических методик. Новая экспериментальная методика позволяет совместить преимущества традиционных электрохимических методик с локальностью, неинвазивностью и молекулярной чувствительностью спектроскопии КРС. Предложена и реализована новая уникальная геометрия модельных образцов для исследования методом спектроскопии КРС. Модельные образцы изготавливаются на базе оптически прозрачных монокристаллических мембран анионного проводника. Противоэлектрод специальной формы позволяет получать спектры КРС с интерфейса «электрод | электролит». Обнаружено, что кинетика восстановления оксида никеля в условиях топливной камеры ТОТЭ хорошо описывается моделью Аврами. Показано, что коэффициент Аврами, отвечающий за кинетику протекания процесса, совпадает в широком диапазоне рабочей температуры для исследований, проведенных методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и термогравиметрического анализа. Выполнена минимизация полного внутреннего сопротивления элемента через оптимизацию состава, микроструктуры и режима высокотемпературной обработки многослойных мембран анионного проводника и многослойных электродов мембранно-электродных блоков. В результате оптимизации полного внутреннего сопротивления получены плоские образцы с плотностью снимаемой мощности при рабочей температуре 850°C на рабочем напряжении 0,7 В на уровне 380 мВт/см². Результаты исследования используются коллективом ИФТТ РАН при создании высокоэффективных мембранно-электродных блоков ТОТЭ, которые применяются при изготовлении батарей ТОТЭ. Область применения результатов исследования - создание высокоэффективных генераторов электроэнергии из химической энергии углеводородного топлива для альтернативной энергетики.