Theo các chuyên gia, kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng trong quá trình thiết kế các nhà máy điện thế hệ mới. Công trình nghiên cứu được công bố trên tạp chí Journal of Applied Electrochemistry.
Theo các nhà nghiên cứu của đại học VyatSU, chuyển đổi sang năng lượng xanh sẽ giúp giảm lượng khí thải carbon dioxide (khử cacbon). Đây là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất được xác định trong Chiến lược năng lượng quốc gia của Liên bang Nga đến năm 2035.
Các nhà khoa học của Đại học Tổng hợp Quốc gia Vyatka (VyatSU) đang phát triển các nguồn năng lượng điện hiệu quả cao và thân thiện với môi trường dựa trên pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC). Pin nhiên liệu SOFC có cấu trúc đa lớp bao gồm vật liệu gốm và composite.
"Chúng tôi đã phát triển những phương pháp và quy trình công nghệ cần thiết để tạo ra pin nhiên liệu đơn lẻ - một loại mẫu tham chiếu. Bây giờ chúng tôi có thể tái tạo và thay đổi các đặc điểm chính của nó: điện trở, công suất cụ thể, hệ số sử dụng nhiên liệu, vân vân", - Anton Kuzmin, quyền Trưởng khoa Công nghệ sản xuất các chất vô cơ và điện hóa của VyatSU, cho biết.
Ở giai đoạn đầu tiên, các nhà khoa học sử dụng phương pháp ép phun để tạo ra các ống gốm kim loại xốp đóng vai trò cực dương. Sau đó các lớp mỏng chất điện phân và vật liệu điện cực được đưa lên các ống có sẵn bằng cách nhúng vào các chế phẩm huyền phù được lựa chọn đặc biệt. Sau khi áp dụng từng lớp, quá trình xử lý nhiệt nhiều giai đoạn được thực hiện.
Theo các nhà nghiên cứu, pin có cấu tạo bao gồm tổng cộng sáu lớp như vậy - mỗi lớp thực hiện chức năng của nó. Các nhà khoa học có thể thay đổi các thông số của mỗi lớp: thành phần vật liệu, kích thước bột, độ nhớt của huyền phù, nhiệt độ và thời gian nung để đạt được các thông số vận hành tối ưu. Cách tiếp cận như vậy giúp tạo ra pin SOFC độc nhất với công suất tối đa.
Nghiên cứu khoa học mang lại những lợi ích gì?
Các chuyên gia cho biết, trong quá trình nghiên cứu, họ đã tạo ra các vật liệu điện cực mới. Ví dụ, vật liệu composite lớp thu cực dương có điện trở bằng một nửa so với các sản phẩm thương mại tiêu chuẩn. Nhờ đó có thể tăng kích thước của một ô SOFC độc nhất và giảm tổn thất khi nối tế bào pin nhiên liệu với mạch ngoài.
Theo các nhà khoa học, các vật liệu mới dành cho lớp chức năng cực dương có năng suất cao hơn 10% và có hiệu quả cao nhất với nhiều loại nhiên liệu hydrocacbon hoặc amoniac. Nhìn chung, việc sử dụng vật liệu mới sẽ cải thiện đáng kể các đặc tính về công suất, trọng lượng và kích thước cụ thể của pin nhiên liệu so với các loại tương tự đang được sử dụng.
"Mối quan tâm cơ bản của chúng tôi là nghiên cứu về ảnh hưởng của thành phần và cấu trúc vi mô của vật liệu mới đối với quá trình phản ứng điện hóa trong pin nhiên liệu. Kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực này giúp phát triển các ý tưởng về cơ chế và phương pháp kiểm soát các phản ứng như vậy", - Alexey Ivanov, nhà nghiên cứu của VyatGU, giải thích.
Theo các chuyên gia, nhiệm vụ phức tạp nhất là chuyển từ các mẫu đơn lẻ trong phòng thí nghiệm sang các nguyên mẫu chính thức để tạo ra sản phẩm công nghiệp. Nhóm khoa học đang phát triển các giải pháp giúp đưa công nghệ vào sản xuất hàng loạt, có chú ý đến tính khả thi kinh tế.