Ученые Самарского политеха совместно с коллегами из МГУ им. М,В, Ломоносова, Института проблем химической физики РАН и Уральского федерального университета провели подробное исследование материалов с высокой кислород-ионной проводимостью, потенциально подходящих для твердооксидных топливных элементов.
Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) — крупные и мощные устройства хранения электрической энергии, способные накапливать энергию на тысячи часов. Их используют в качестве источников энергии для питания вышек мобильных операторов, жилых зданий, военной и космической техники. Преобразование и хранения электрической энергии в них происходит с помощью материалов с высокой кислород-ионной проводимостью, которая становится возможной при температурах более 900 °С. Поиск материалов, обладающих достаточно высокой проводимостью при более низких температурах — актуальная задача современной электрохимии.
«Принцип работы повсеместно используемых металл-ионных аккумуляторов и ТОТЭ очень схож. И там и там используются проводящие кристаллические неорганические материалы. Только в аккумуляторах их проводимость достигается за счет диффузии катионов (для большинства современных аккумуляторов это литий), а в ТОТЭ — за счет диффузии кислород-аниона. Только в отличие от аккумуляторов, работающих в условиях окружающей нас среды, в ТОТЭ этот процесс возможен только при высоких температурах», — рассказала один из авторов исследования, доцент кафедры «Общая и неорганическая химия» СамГТУ Елизавета Морхова.
Исследователи измеряли проводимость различных материалов на основе оксида висмута при разных давлениях и в широком температурном диапазоне (от 400 до 900 °С), как в сухой, так и во влажной атмосфере воздуха.
«То, что оксид висмута обладает одной из самых высоких проводимостей, стало известно еще в 1970 году. Однако его проводимость начинает проявляться при температурах от 730 градусов Цельсия <…> Более 20 лет назад были синтезированы материалы на основе смеси бинарных оксидов висмута и лантоноидов, так называемых фаз Ватанабе. Все они сохраняют проводящую структуру при более низких температурах», — отметила ученый.
Результаты исследования данных соединений показали, что они сохраняют термическую и химическую стабильность во всех температурных режимах. Кроме этого, ученые выяснили, что в образцах присутствует смешанная электрон-ионная проводимость, величина которой достигала высоких значений уже при температурах ниже 800 °C.
Источник: Минобрнауки России