Новый низкотемпературный топливный элемент может преобразовать водородную энергетику
Ученые из Университета Кюсю создали твердооксидный топливный элемент, эффективно работающий при 300°C, преодолев десятилетиями существовавшее ограничение, связанное с необходимостью температур 700-800°C
Short Summary
Исследователи из Университета Кюсю разработали новый класс электролитов для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) на основе оксидов бария-олова (BaSnO3) и бария-титана (BaTiO3), легированных скандием (Sc). Эти материалы демонстрируют рекордную протонную проводимость (>0,01 См/см) при температуре всего 300°C, что сопоставимо с показателями современных ТОТЭ при 600-700°C.
Ключевым открытием стало создание в кристаллической решётке «магистрали ScO6» — широкого и «мягкого» пути, по которому протоны движутся с низким энергетическим барьером, избегая захвата в ловушки, характерного для сильно легированных оксидов. Структурный анализ и молекулярно-динамическое моделирование показали, что BaSnO3 и BaTiO3 по своей природе более «мягкие», чем традиционные материалы ТОТЭ, что позволяет вводить в них высокие концентрации скандия без деградации подвижности ионов.
Это открытие устраняет фундаментальный компромисс между количеством легирующей добавки и скоростью движения ионов, открывая путь к созданию доступных ТОТЭ среднетемпературного диапазона. Технология может найти применение не только в топливных элементах, но и в низкотемпературных электролизерах, водородных насосах и реакторах преобразования CO2, ускоряя декарбонизацию энергетики.
Рекордная проводимость при 300°C
Sc-легированные BaSnO3 и BaTiO3 достигли протонной проводимости >0,01 См/см при 300°C, что сравнимо с показателями современных ТОТЭ при 600-700°C
Преодоление фундаментального ограничения
Создана «магистраль ScO6» — широкий и «мягкий» путь в решётке, по которому протоны движутся свободно, избегая захвата, что решает проблему замедления ионов при высоком легировании
Внутренняя «мягкость» материалов
BaSnO3 и BaTiO3 обладают более «мягкой» кристаллической решёткой, чем традиционные материалы ТОТЭ, что позволяет вводить высокие концентрации скандия
Широкие перспективы применения
Принцип может быть использован не только в ТОТЭ, но и в электролизерах, водородных насосах и реакторах конверсии CO2, расширяя влияние на декарбонизацию
Text generated using AI
