Новочеркасские химики считают, что за энергоустановками на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) — будущее. Их можно использовать как независимые источники энергии: например, для домов, заводов, в составе гибридных энергосистем. Еще с их помощью можно развивать трубопроводную сеть и утилизировать газы на нефтяных месторождениях. Плюс ТОТЭ в том, что они работают на разном топливе — на природном газе, пропан‑бутане, дизельном топливе, бензине или даже неочищенном водороде.
Есть у таких установок и проблема: они служат недолго, потому что быстро ломаются отдельные детали — токовые коллекторы из нержавеющей стали. Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, ученые решают эту задачу: наносят на коллекторы специальные защитные покрытия — так детали служат дольше.
Мы занимаемся подбором этих составов и разрабатываем оптимальные методы их нанесения. Для этого не требуются ни драгоценные, ни редкоземельные металлы: мы используем соединения кобальта, марганца — доступные и экологичные. Преимущество нашей технологии — ее одностадийность. Современные зарубежные аналоги предполагают несколько стадий нанесения таких покрытий с высокотемпературным обжигом, мы же формируем покрытие заданного состава электрохимически, в течение 40−50 минут.
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (проект № 24−23−00113). Результаты совместной работы ученых Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М. И. Платова и Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН (ИФТТ РАН), а также Балтийского федерального университета им. И. Канта опубликованы в международном журнале Q1 Ceramics International.
Коллектив исследователей из ЮРГПУ (НПИ) разработал технологию синтеза и нанесения на токовые коллекторы защитных покрытий на основе кобальт-марганцевой шпинели, их коллеги из ИФТТ РАН провели испытания полученных образцов покрытий в условиях, близких к реальной эксплуатации твердооксидных топливных элементов: в воздушной атмосфере, при рабочей температуре и токовой нагрузке, в контакте с материалом катода ТОТЭ на протяжении более 2 500 часов (более ста дней). Важным этапом работы также стал рентгенофазовый анализ, проведенный в ИФТТ РАН, который позволил ученым заглянуть в атомную структуру материала и подтвердить успешное формирование защитной шпинели.
Вклад группы ученых БФУ им. И. Канта заключался в метрологической аттестации функциональных слоев: бесконтактная 3D-профилометрия позволила с высочайшей достоверностью определить параметры рельефа, что стало фундаментом для прогнозирования свойств новых покрытий.
С помощью методов бесконтактной профилометрии мы изучили, как микрорельеф стальной подложки влияет на закрепление защитных шпинелей. Эти данные легли в основу оптимизации электрохимического синтеза, проводимого в ЮРГПУ (НПИ), и позволили гарантировать долговечность защитных слоев в экстремальных условиях работы топливных элементов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что программы СГУ соберут наноструктуры для космической электроники.
