Ученые придумали, как продлить жизнь «зеленым» энергостанциям будущего — с помощью кобальта! Речь идет о твердооксидных топливных элементах, которые могут стать основой экологичной энергетики, превращая водород в электричество почти без выбросов. Но есть проблема: их никелевые аноды со временем «стареют» — особенно во влажной атмосфере, где частицы никеля начинают слипаться, как мокрый песок, что резко снижает производительность элемента.
Команда из Вятского государственного университета и Института химии твёрдого тела СО РАН решила добавить в никель «стройного друга» — кобальт — и проверить, станет ли анод устойчивее. Они создали серию материалов с разным содержанием кобальта (от 0 до 60%) и устроили им настоящий стресс-тест: более 550 часов в атмосфере водорода с высокой влажностью при температуре 850°C — примерно как в раскаленной сауне, насыщенной паром.
Результаты поразили: чем больше кобальта, тем стабильнее ведет себя материал. Сопротивление анодов с высоким содержанием кобальта росло медленнее, а их микроструктура лучше сохраняла целостность — частицы металла меньше слипались, и электрические пути дольше оставались проводящими. Можно сказать, кобальт сыграл роль «дисциплинирующего тренера» для бунтующих атомов никеля, не давая им собираться в слишком крупные, ленивые кластеры.
Особенно интересно, что ученые наблюдали загадочные колебания сопротивления во времени — будто материал иногда «вздыхал» или «моргал». Это, вероятно, связано с внутренними процессами перестройки и локальными окислительными реакциями, которые ещё предстоит изучить. Но уже сейчас ясно: частичная замена никеля кобальтом — многообещающий путь к созданию долговечных топливных элементов, способных работать даже в жёстких влажных условиях.
Исследование поддержано Российским научным фондом, и хотя для окончательных выводов нужны более длительные испытания, уже сейчас можно сказать: кобальт может стать маленьким, но важным героем в большой истории чистой энергии будущего. Возможно, скоро топливные элементы перестанут «бояться» влаги — и это будет ещё одним шагом к доступной водородной энергетике.
Исследование опубликовано в журнале «Электрохимическая энергетика»
