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

Разработки современных ТОТЭ ориентированы на снижение рабочей температуры. Материалы на основе оксида церия обладают высокой ионной проводимостью в интервале температур вплоть до 550°С, термодинамически стабильны в присутствии паров воды и углеводородов, химически совместимы с широким рядом оксидных электродов, и потому весьма привлекательны к использованию в ТОТЭ нового поколения. Проблема использования цериевых электролитов в качестве электролитных мембран заключается в том, что при низких парциальных давлениях кислорода происходит частичное восстановление церия, что приводит к появлению электронной проводимости в материале и может вызывать внутреннее замыкание в ТОТЭ, снижение его характеристик и эффективности использования топлива. В настоящем проекте, с целью решения проблемы с замыканием по электронному току и повышения эффективности ТОТЭ с электролитной мембраной со смешанной проводимостью, предполагается разработка двух основных направлений – структурная модификация электролита путем со-допирования для расширения электролитической области мембраны и применение защитных анодных и катодных слоев, блокирующих электронный ток в электролитной мембране. Одновременно с модификацией электролитной мембраны в проекте предполагается разработка электродов, эффективно функционирующих при температурах 500 – 600 °С в контакте с электролитом на основе диоксида церия, как способ повышения общей эффективности ТОТЭ на его основе. Разработанные и исследованные в проекте новые материалы и технологии, предложенные оптимальные решения проблемы блокирования электронного тока создадут научные основы и позволят расширить возможность применения материалов на основе диоксида.