Сделано в Политехе
Химики Самарского политеха создали базу данных кристаллических кислород-ионных проводников
Сотрудники Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) Самарского государственного технического университета (Самарский политех, СамГТУ) на протяжении нескольких лет исследуют новые кристаллические вещества, которые могут использоваться в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ). Не так давно ученые обнаружили ряд неизвестных ранее веществ, обладающих кислород-ионной проводимостью и другими необходимыми для работы в качестве компонентов ТОТЭ свойствами (например, низким коэффициентом линейного расширения и химической стойкостью к продуктам реакции). Для поиска кислород-ионных проводников наши ученые применяли теоретические методы анализа ионной проводимости в кристаллах, включая собственные разработки и суперкомпьютерные вычисления. Результаты последних исследований опубликованы в журнале Solid State Ionics (DOI: 10.1016/j.ssi.2023.116337), а также собраны в единую базу данных OxyCon, на которую коллектив МНИЦТМ получил патент № 2023622337в июле этого года.
– Проводимость в кристаллах может обеспечиваться как электронами (характерно для металлов), так и ионами, а иногда в процессе участвуют оба вида носителей заряда (смешанная проводимость). При этом вещества, используемые в ТОТЭ, должны обладать кислород-ионной проводимостью, которая осуществляется за счет диффузии атомов кислорода в структуре, – рассказывает кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник МНИЦТМ Артем Кабанов. Недавно мы обобщили наши исследования оксомолибдатов с общей формулой Ln2MoO6 (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy) и показали, что все они обладают смешанной электронно-ионной проводимостью, которая обеспечивается диффузией кислорода, а её вклад в общую проводимость составляет до 35%.
Найденные оксомолибдаты могут быть использованы для получения электродов для топливных элементов, где необходим высокий уровень смешанной ионно-электронной проводимости. Топливные элементы, в свою очередь, – важное звено водородной энергетики, позволяющее получать электроэнергию из реакции водорода с кислородом, итогом которой станет чистая вода.
– В настоящее время уже существуют прототипы автотранспорта на топливных элементах с выхлопом в виде водяного пара. Однако дальнейшее развитие этой сфере зависит от новых технологий в области получения и хранения водорода и создания эффективных и долговечных топливных элементов, – поясняет Кабанов.