Керамічний паливний елемент (Ceramic Fuel Cell, CFC), або по-іншому твердооксидні паливні комірки (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), є високотемпературним пристроєм, який перетворює хімічну енергію палива безпосередньо в електрику і тепло. У цьому процесі немає проміжних стадій. Тому CFC як система паливних елементів маж дуже високу ефективність (в два рази вище, ніж у традиційних перетворювачів, таких як ДВС). Вони перспективні для зменшення витрат палива для стаціонарних (комбінованого виробництва тепла та енергії, міні-ТЕЦ), мобільних (допоміжних силових установок, ВСУ або гібридних транспортних засобів) та портативних (замінники батарей) пристроїв. Також вони дозволяють скоротити викиди CO2, NOx та інших забруднюючих навколишнє середовище речовин, що обумовлено не тільки набагато більш високою ефективністю перетворення енергії в CFC, але і порівняно низькою робочою температурою. Відсутність рухомих частин в структурі паливних елементів підвищує надійність і безпеку при застосуванні.
Тим не менш, деякі поліпшення необхідні для підвищення їх ефективності та здешевлення цих пристроїв.
Зображення з сайту extremetech.com
CFC це пристрої, що працюють при високій температурі, які повинні залишатися продуктивними протягом багатьох років. Після того, як європейські розробники досягли вимог Міністерства енергетики США до 40 000 робочих годин (~ 4,5 року) від терміну експлуатації CFC, європейська програма Horizon 2020 встановила вимогу часу роботи більше 25 років.
Лабораторія Керамічних Паливних Комірокв при українському Інституті Проблем Матеріалознавства ім. Францевича НАН України провели дослідження, щоб з'ясувати, як структура CFC може бути оптимізована для досягнення максимальної ефективності та тривалості використання.
Їх результати показали, що, безсумнівно, що це можливо. Для цієї мети вони запропонували концепцію "позитивної деградації" для того, щоб трансформувати явища деструкції, що відбуваються в паливних елементах, в інструмент для спрямованого впливу процесів деградації у вихідних матеріалах для підвищення ефективності та оптимізації структури майбутніх CFC.
Вони розробили нові цирконієві нанопорошки і синтезували їх, використовуючи як основу для цього багаті українські природні ресурсу діоксиду цирконію. Новий нано-порошок був вироблен на Вільногірському гірничо-металургійному комбінаті в Україні. Фізичні випробування цього нового матеріалу показали кращі результати, порівняно з існуючими матеріалами на ринку.
Таким чином, дослідники показали, що існує перспективна альтернатива для покращення їснуючих паливних комірок.
В'ячеслав Згоннік
Більш детальна інформація в статтях “The Structural Optimization of Ceramic Fuel Cells” by Oleksandr Vasylyev, Mykola Brychevskyi, Yehor Brodnikovskyi
та “Structural, Mechanical and Electrochemical Properties of Ceria Doped Scandia Stabilized Zirconia” by O.D. Vasylyev, A.L. Smirnova, M.M. Brychevskyi, I.M. Brodnikovskyi, S.O. Firstov, V.G. Vereschak, G.Ya. Akimov, Yu.O. Komysa, J.T.S. Irvine, C.-D. Savaniu, V.A. Sadykov, I. Kosacki
Comments:
Disqus