Топливный элемент с твердооксидной мембраной со смешанной кислород-ионной и электронной проводимостью: проблемы и решения

Проект направлен на разработку комплексного подхода к оптимизации ТОТЭ c электролитной мембраной, обладающей смешанной проводимостью. Для повышения эффективности разрабатываемого ТОТЭ в ходе проекта осуществлены следующие подходы: 1) оптимизация свойств электролита за счет структурная модификация (катионное и анионное со-допирование); 2) создание барьерных анодных и катодных слоев, блокирующих электронный ток; 3) увеличение мощностных характеристик ТОТЭ при функционировании в области средних и низких температур за счет разработки активных катодов. Согласно сформулированной цели и поставленным задачам, получены следующие результаты: 1) В ходе выполнения первого этапа проекта подготовлен литературный обзор (380 ссылок, Успехи химии), где проведено обобщение результатов имеющихся исследований функциональных свойств твердых электролитов со смешанной кислород-ионной и электронной проводимостью (MIEC) на основе CeO2, выявлены проблемы и известные методы повышения эффективности ТОТЭ на их основе. 2) Экспериментально, в рамках концепции структурной модификации электролитов синтезированы материалы электролитов Сe1-x(Sm0.5Y0.5)xO2-x/2, Сe1-x(Sm0.5Gd0.5)xO2-x/2, Сe1-x(Sm0.5Nd0.5)xO2-x/2, Сe1-x(Sm0.5Pr0.5)xO2-x/2, Сe0.8(Sm1-xCax)0.2O2-x/2, Сe0.8(Sm1-x-уSrx)0.2O2-x/2 Сe0.8(Sm1-x-уSrxBay)0.2O2-x/2 и анионным допантом Ce0.8Sm0.2O1.9-(3х)/2F3х. 3) В рамках модификации воздушных электродов для ТОТЭ, функционирующих при сниженной температуре, разработан дизайн двухслойного катода. 4) Исследована эффективность функционирования трубчатого элемента с несущим электролитом Ce0.8(Sm0.8Sr0.2)0.2O2-δ (SSDC) толщиной 300 мкм, сформированного с применением метода каландрования. 5) В рамках концепции формирования барьерных слоев на SDC электролите была исследована возможность использования для этой цели электрофореза - простого в реализации, не требующего специализированного оборудования метода получения тонких пленок. 6) Ячейки, изготовленные методом ЭФО с применением подслоя РРу, показали более высокую производительность, в отличие от ячеек, полученных с подслоем Pt. 7) Проведено моделирование и расчеты ячеек ТОТЭ на основе одно- и двухслойных электролитных мембран.