Учёные Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова создали технологию, которая поможет значительно увеличить срок службы автономных энергоустановок, использующихся в условиях Крайнего Севера при отсутствии централизованного энергоснабжения.
За энергоустановками на твёрдооксидных топливных элементах (ТОТЭ) – будущее, уверены новочеркасские химики, ведь их можно использовать как автономные источники питания для жилья и промышленных объектов, для расширения сети трубопроводов, утилизации сопутствующих газов нефтяных месторождений, в гибридных системах распределённой генерации.
Преимущество энергоустановок на основе ТОТЭ в том, что для их работы подойдёт любое газифицированное углеводородное топливо, в том числе природный газ, пропан-бутан, дизельное топливо, бензины и неочищенный водород. Препятствие, которое помогают преодолеть наши учёные, - малый срок службы таких установок, это связано с быстрым выходом из строя их составных деталей – токовых коллекторов, которые изготавливают из нержавеющих сталей. Для того чтобы они прослужили дольше, на их поверхность наносят защитные покрытия определённого состава.
Мы занимаемся подбором этих составов и разрабатываем оптимальные методы их нанесения, - рассказывает руководитель проекта к.т.н., доцент ЮРГПУ(НПИ) Анна Храменкова. - Для этого не требуются ни драгоценные, ни редкоземельные металлы: мы используем соединения кобальта, марганца – доступные и экологичные. Преимущество нашей технологии – её одностадийность. Современные зарубежные аналоги предполагают несколько стадий нанесения таких покрытий с высокотемпературным обжигом, мы же формируем покрытие заданного состава электрохимически, в течение 40-50 минут.
Коллектив исследователей из ЮРГПУ (НПИ) разработал технологию синтеза и нанесения на токовые коллекторы защитных покрытий на основе кобальт-марганцевой шпинели, их коллеги из ИФТТ РАН провели испытания полученных образцов покрытий в условиях, близких к реальной эксплуатации твёрдооксидных топливных элементов: в воздушной атмосфере, при рабочей температуре и токовой нагрузке, в контакте с материалом катода ТОТЭ на протяжении более 2 500 часов (более ста дней). Важным этапом работы также стал рентгенофазовый анализ, проведенный в ИФТТ РАН, который позволил учёным заглянуть в атомную структуру материала и подтвердить успешное формирование защитной шпинели.
Вклад группы учёных БФУ им. И. Канта заключался в метрологической аттестации функциональных слоев: бесконтактная 3D-профилометрия позволила с высочайшей достоверностью определить параметры рельефа, что стало фундаментом для прогнозирования свойств новых покрытий.
«С помощью методов бесконтактной профилометрии мы изучили, как микрорельеф стальной подложки влияет на закрепление защитных шпинелей. Эти данные легли в основу оптимизации электрохимического синтеза, проводимого в ЮРГПУ (НПИ), и позволили гарантировать долговечность защитных слоёв в экстремальных условиях работы топливных элементов», — пояснил исследователь МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика» БФУ им. И. Канта Иван Лятун.
Завершившийся проект – это только начало тематики и хороший задел для сотрудничества с предприятиями реального сектора экономики, уверены учёные ЮРГПУ (НПИ).
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (проект № 24-23-00113). Результаты совместной работы учёных Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова и Института физики твёрдого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН (ИФТТ РАН), а также Балтийского федерального университета им. И. Канта опубликованы в журнале Ceramics International.
Источник: Минобрнауки России
