Высокоэффективные протон-проводящие твердооксидные электролиты на основе допированного цирконата-церата бария

В настоящее время существует потребность прямого получения электроэнергии из органического топлива в связи с постоянным ростом потребления электроэнергии и спросом на высокоэффективные и одновременно экологичные решения проблемы преобразования и хранения энергии. Одним из эффективных способов преобразования и хранения энергии является использование энергоустановок на основе твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ), так как их можно использовать, с одной стороны, для генерирования электроэнергии путем подвода топлива и окислителя, и с другой стороны, – для получения, например, водорода и кислорода путем подвода воды и излишков электроэнергии из городской электросети, т.е. аккумулирования энергии. Однако, несмотря на очевидную привлекательность твердооксидных топливных элементов, их широкое применение сдерживается рядом нерешенных эксплуатационных проблем, обусловленных химическим взаимодействием его компонентов (интерконнектора, катода, электролита и анода), их различным термическим и химическим расширение, высоким сопротивлением отдельных компонентов, и высокая рабочая температура, ускоряющая взаимодействие компонентов ТОТЭ и их деградацию. Такие проблемы приводят к значительному сокращению срока службы ТОТЭ, резко снижающегося или низкого КПД. Настоящий проект направлен на решение фундаментальных и технологических проблем создания среднетемпературного твердооксидного микротрубчатого топливного элемента на основе современного протон-проводящего электролита BaZr1-xMxO3-d (M – различные соотношения Ce, Yb, Y, Pr, Ho). В качестве матричного соединения будет использован сложный оксид цирконат бария со структурой перовскита, свойства которого будут целенаправленно изменяться путем частичного замещения циркония. Допирование приведет к некоторому изменению дефектной структуры матричного вещества и, как следствие, к изменению физико-химических свойств, а именно к изменению (увеличению) протонной проводимости, изменению характеристик спекания (уменьшению температуры) керамики из материала электролита. Также будут получены фундаментальные характеристики химической диффузии, самодиффузии протона, самодиффузии кислорода и поверхностного обмена в материалах электролита с различным допированием. Будут созданы модели ионной (протон, кислород) и дырочной проводимостей материалов электролита. Будет создан эффективный микротрубчатый твердооксидный топливный элемент на основе протон-проводящих электролита и катода, работающий на органическом топливе, с увеличенным временем жизни, вызванным отсутствием деградации его компонентов.