Управление иерархической организацией частиц твёрдого электролита как фактор повышения эффективности однокамерных микро-ТОТЭ

Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы современного материаловедения – изучение размерного эффекта в контексте повышения эффективности таких устройств альтернативной энергетики, как миниатюрные однокамерные твердооксидные топливные элементы планарного типа, за счёт управления иерархической самоорганизацией анизотропных наночастиц твёрдого электролита. Растущая потребность в подобных экологически чистых электрохимических генераторах связана как с истощением запасов традиционных энергетических ресурсов, так и с ухудшением экологической обстановки во всём мире, а создание компактных энергетических установок позволит обеспечить электроэнергией удалённые от централизованных электрических сетей населённые пункты и производства. При этом миниатюризация данных систем при создании так называемых микро-ТОТЭ позволит применять их в портативных электронных устройствах мощностью 1-20 Вт, в том числе медицинского назначения, в системах связи, мониторинга окружающей атмосферы, картографии и т.п. В ходе исследования будут разработаны фундаментальные основы процессов самоорганизации в гидротермальных условиях анизотропных наночастиц состава (CeO2)0,80(Sm2O3)0,20 и NiO определённой формы и дисперсности в зависимости от условий данного процесса. Будет изучено влияние концентрации окислителей и восстановителей в реакционной системе на кинетику экзотермической окислительно-восстановительной реакции, а также на микроструктуру и фазовый состав при гликоль-цитратном синтезе оксида состава La0,6Sr0,4Со0,2Fe0,8O3-δ, являющегося востребованным компонентом катодов твердооксидных топливных элементов. При решении поставленных задач будут разработаны методики получения устойчивых дисперсных систем (в том числе бинарных) на основе наночастиц состава (CeO2)0,80(Sm2O3)0,20, NiO и La0,6Sr0,4Со0,2Fe0,8O3-δ, подходящих по своим реологическим характеристикам для применения в качестве функциональных чернил при изготовлении иерархически организованных электролитных ((CeO2)0,80(Sm2O3)0,20) покрытий, а также композиционных анодных (NiO/(CeO2)0,80(Sm2O3)0,20) и катодных (La0,6Sr0,4Со0,2Fe0,8O3-δ/(CeO2)0,80(Sm2O3)0,20) наноструктур сложной геометрии методом микроэкструзионной печати. В ходе исследования будет изучен комплекс микроструктурных и функциональных характеристик изготовленных однокамерных микро-ТОТЭ планарного типа. В результате комплексного анализа и обобщения полученных результатов будет описана взаимосвязь электрофизических характеристик сформированных мембранно-электродных блоков и микроструктуры иерархически организованного твёрдого электролита состава (CeO2)0,80(Sm2O3)0,20, состоящего из анизотропных оксидных наночастиц различной геометрии и дисперсности. Таким образом, будут сформулированы рекомендации к микроструктурным характеристикам твёрдых электролитов планарного типа, входящих в состав однокамерных микро-ТОТЭ, с целью обеспечения повышенной эффективности миниатюрных электрохимических генераторов электроэнергии данного типа.