Ученые Самарского университета предложили 220 новых кислород-ионных проводников с улучшенными характеристиками, которые можно использовать в качестве компонентов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) с повышенной эффективностью. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
ТОТЭ — высокотемпературные топливные элементы, электролитом в которых выступает керамический материал, проницаемый для ионов кислорода. Эти топливные элементы изготавливаются из специальных материалов и применяются в основном в стационарных электростанциях мощностью от 1 кВт и выше.
Ученые Самарского университета им. Королева подбирали для ТОТЭ материалы с требуемыми свойствами с помощью современных теоретических методов и высокопроизводительных вычислений. Таким образом они нашли новые материалы с кислород-ионной проводимостью, которые позволят повысить эффективность работы топливных элементов.
В работе исследователи впервые применили комплекс методов теоретического анализа проводимости в кристаллических структурах, которые ранее применялись по отдельности, сообщила выпускница аспирантуры кафедры физической химии и хроматографии Самарского университета Елизавета Морхова.
"Мы задаем необходимые требования к рассматриваемым химическим соединениям и отбираем многообещающие структуры, которые лишены недостатков, имеющихся у уже используемых в ТОТЭ материалов. Мы нашли 220 новых перспективных материалов с кислород-ионной проводимостью, причем среди них есть несколько структур с абсолютной ионной проводимостью, где величина проводимости достигает значений 10-3 сименс/см (величина измерения проводимости) при 800 °С", — рассказала она.
По словам Морховой, исследователи модифицируют существующие кристаллохимические и квантово-химические методы и внедряют их новые сочетания, чтобы прогнозировать интересные комбинации структур, потенциально пригодные для практического применения. Затем они синтезируют лучшие из разработанных материалов и проверяют их свойства.
Так, например, вместе с учеными МГУ им. М. В. Ломоносова и ИВТЭ УрО РАН они обнаружили перспективные катодные материалы (La2MoO6, Nd2MoO6) и твердый электролит (Pr2MoO6) для ТОТЭ.
"Новый подход показал свою универсальность. В перспективе, можно прогнозировать соединения как для ТОТЭ, так и для металл-ионных аккумуляторов (МИА), которые находят применение в электротранспорте и мобильных технологиях", — отметила Морхова.
Дальнейшая задача научного коллектива — найти новые перспективные соединения для повышения характеристик литий-ионных аккумуляторов, а также для новых типов металл-ионных аккумуляторов, например, натрий-ионных.
Разработка поддержана грантом программы "Умник" и многочисленными грантами РНФ, РФФИ и президента РФ. Самарский университет — участник программы Минобрнауки России "Приоритет-2030".