Старший научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Степан Линник и его команда разработали ионно-плазменные методы формирования тонкопленочных твердооксидных топливных элементов. Реализация проекта проходила при поддержке гранта Российского научного фонда.

По словам ученого, несмотря на то, что во всем мире твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) на анодной основе с тонким электролитом являются одной из самых перспективных и развиваемых конструкций — в России они не производятся. Здесь наиболее популярными являются ТОТЭ с несущим электролитным слоем, они на протяжении многих лет разрабатываются в ряде институтов РАН. Однако из-за толстого (сотни микрон) электролита эта конструкция имеет рабочие температуры выше 850°С и, как следствие, требует использования дорогостоящих материалов.

«При снижении температуры топлива ниже 800°С требования к конструкционным материалам снижаются, а долговечность и надежность устройства растет. В нашем проекте мы изготовили и испытали топливные ячейки твердооксидных топливных элементов с несущим анодом, слои которого сформированы методом магнетронного распыления в виде тонких пленок. Данная тонкопленочная технология позволит в едином технологическом цикле создавать топливные ячейк — рассказывает Степан Линник. — Таким образом, мы предлагаем концепцию, в которой основные функциональные слои ТОТЭ изготавливаются толщиной всего несколько микрон — это позволит работать в диапазоне температур 600-800°С с плотностью мощности 0.3-2 кВт/см2, упростить конструкцию, увеличить срок службы элемента и снизить его конечную стоимость», Политехник поясняет, что разработанные тонкопленочные твердооксидные топливные элементы станут основой для изготовления батарей, которые являются главной частью автономных энергоустановок на базе электрохимических генераторов, работающих на природном газе. Такие установки могут использоваться в удаленных районах для снабжения электричеством и теплом жилых и производственных объектов, куда экономически не выгодно подводить линии электропередач. А также на станциях катодной защиты на нефтегазопроводах, что очень актуально для России.

 

Фото: Топливная ячейка с нанесенными на нее тонкими слоями.

В команде Степана Линника: доцент ТПУ, заведующий лабораторией прикладной электроники Института сильноточной электроники СО РАН Андрей Соловьев, ведущий инженер Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Александр Лаук и инженер Егор Смолянский, ученые РАН — инженеры Игорь Ионов и Вячеслав Семенов, младший научный сотрудник Анна Шипилова, а также Михаил Бубенчиков из ООО «Газпром трансгаз Томск». На сегодняшний день ученые работают над созданием полупромышленных образцов батарей ТОТЭ, и планируют и дальше проводить исследования в данной тематике.

Добавим, что нанесение тонких слоев электролита и катода в рамках проекта осуществлялись командой на учебно-исследовательском комплексе ТПУ для осаждения покрытий и модификации поверхностей различных материалов. Топливные ячейки размерами 50х50 мм и 100х100 мм также испытывались в Томском политехе. А исследования электрических характеристик ячеек твердооксидного топливного элемента диаметром 20 мм проводились методами вольтамперометрии и импедансной спектроскопии на специальном стенде в ИСЭ СО РАН.

Похожие новости

  • 21/01/2019

    Разработка томских ученых спасет от износа детали машин и кардионасосы для пациентов

    ​Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) усовершенствовали метод плазмохимического осаждения нового класса алмазоподобных покрытий, эффективных при применении в разных отраслях промышленности и биомедицины, сообщили РИА Новости в пресс-службе ТПУ.
    654
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    1715
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    2999
  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    400
  • 17/12/2018

    Компания En+ Group подвела итоги конкурса проектов молодых ученых «Лаборатория энергетики»

    ​Компания En+ Group, ведущий вертикально интегрированный производитель алюминия и электроэнергии, подвела итоги конкурса для молодых ученых из иркутских вузов «Лаборатория энергетики». В финал вышли 9 проектов улучшений по теме «Цифровые технологии в энергетике».
    736
  • 04/10/2016

    В Томске создадут «рой» малых спутников в помощь сельскому хозяйству

    ​Томский политехнический университет (ТПУ) и томский Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН) выступят одними из инициаторов проекта по созданию группировки малых космических аппаратов для прорывных технологий в сфере сельского хозяйства, который планируется запустить в 2017 году.
    1886
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    2345
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    1794
  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    1233
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    166