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

  • 27/07/2020

    Нанокерамика томских учёных продлит жизнь аппаратам ИВЛ

    Подшипники, служащие десятилетиями, будут производить физики Томского госуниверситета (ТГУ), уже есть предварительные договоренности об использовании их в составе отечественных аппаратов ИВЛ и авиакосмической техники.
    446
  • 16/10/2019

    Томские ученые создали оборудование для поиска дефектов в аппаратуре спутников

    Исследователи из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) завершили масштабный семилетний проект, итогом которого стали разработка и внедрение на АО «НПЦ “Полюс”» комплекса методов и аппаратных средств для диагностики бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов на устойчивость к дугообразованию.
    418
  • 09/04/2019

    Три экспериментальные разработки томских ученых проверят на МКС

    ​Институт физики прочности и материаловедения СО РАН и РКК «Энергия» вместе с ТПУ и ТГУ готовят эксперименты, которые проведут на Международной космической станции. Как сообщили НИА Томск в пресс-службе администрации Томской области, ученые ИФПМ СО РАН и ТПУ завершили разработку конструкторской документации для изготовления российского 3D-принтера, который сможет работать в космосе и изготавливать детали из полимерного волокна на борту МКС.
    857
  • 12/11/2019

    В Томске создадут новые высокотехнологичные производства

    ​Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) в кооперации с ведущими университетами и промышленными предприятиями России стал победителем конкурса на право получения субсидий для реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичных производств в рамках постановления Правительства РФ.
    603
  • 28/02/2019

    СКИФ обретает очертания

    В Новосибирске полным ходом идет проектирование уникального синхротрона четвертого поколения, который должны построить в рамках реализации проекта «Академгородок 2.0» к 2024 году. Ученые разработали эскиз первых шести пользовательских станций СКИФаНапомним, центр коллективного пользования СКИФ будет включать в себя, помимо собственно источника фотонов, пользовательское оборудование экспериментальных станций и лабораторного комплекса.
    872
  • 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.
    1396
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    507
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    977
  • 12/02/2020

    ТПУ должен быть технологическим драйвером отраслей и территорий

    ​Проректор ТПУ по научной работе и инновациям Мехман Юсубов в своем интервью ко Дню российской науки рассказал о главных научных достижения политехников в 2019 году и вызовах на год 2020-й.— 2019 для университета в целом был разным.
    367
  • 13/12/2019

    Когда объединение науки - во благо

    ​Всего 11 месяцев в Республике Саха (Якутия) работает новое научное объединение Федеральный исследовательский центр ЯНЦ СО РАН, в составе которого находятся семь научных институтов и Якутский научный центр.
    544