| Аннотация |
Возрастающая потребность развития новых технологий преобразования, передачи и хранения энергии стимулирует стремительное развитие различных аспектов современного материаловедения. В частности, это обусловлено актуализацией программ развития водородной энергетики и технологий декарбонизации, единогласно принятых по многих развитых странах. Среди хорошо известных и активно разрабатываемых решений по увеличению конверсии энергии является дизайн электрохимических устройств, обладающих высоким КПД, в частности твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). К настоящему времени научное сообщество достигло впечатляющего прогресса, как в материаловедении, так и в развитии инженерных решений для ТОТЭ.
Относительно недавно возникло новое направление, которое обещает позитивные экономические последствия. Речь идет об использовании протонпроводящих электролитов и электродных материалов с
протонной проводимостью, которые позволят значительно снизить рабочую температуру электрохимической ячейки без ущерба для ее удельной мощности. Это значительно замедлит деградацию оксидных компонентов и расширит эксплуатационные возможности.
Следует отметить, что стандартный набор исследовательских опций, используемый при разработке материалов как для классических ТОТЭ, так и для среднетемпературных, часто оказывается недостаточным при решении поставленных задач. В рамках данного Проекта мы планируем существенно дополнить его, используя магнетохимический подход к исследованию и интерпретации функциональных свойств перспективных материалов с протонной проводимостью, предназначенных для среднетемпературных электрохимических устройств. В настоящее время экспериментальные возможности магнетохимии не пользуются популярностью в электрохимическом материаловедении. Основной причиной этого является сформировавшийся устойчивый стереотип о магнитной восприимчивости, как о чисто физическом свойстве, которое имеет значение в основном при разработке различного вида магнитных материалов. Однако информация, извлекаемая при анализе экспериментальных данных, является уникальной и наиболее точной, по сравнению с традиционно используемыми методами. Оригинальность предлагаемого исследования заключается в выявлении неочевидных особенностей магнитной структуры оксидов, которые могут влиять на важнейшие функциональные характеристики материалов на их основе. Поскольку основной фокус проекта направлен на изучение магнитной восприимчивости материалов для среднетемпературных топливных элементов на керамической протонпроводящей мембране, то в качестве основных задач, предлагаемых к решению, являются:
1. Изучение особенностей взаимодействия оксидных материалов с компонентами газовой фазы (кислород, водяной пар) с позиции магнетохимического подхода;
2. Определение роли спиновых состояний в формировании электротранспортных свойств оксидов;
3. Развитие подходов к изучению гидратационной емкости оксидных фаз;
4. Установление природы температурного расширения материалов с разделением химического вклада и отклика от изменения заряда и спиновой конфигурации;
5. Определение механизма влияния спекающих добавок в виде оксидов парамагнитных ионов на плотность и функциональные характеристики протонпроводящего материала электролита.
В ходе исследования будет использовано сочетание теоретических и экспериментальных методик, взаимодополняющих друг друга, например метод измерения магнитной восприимчивости in-situ, электропроводности и содержания кислорода Реализация предлагаемого комплексного подхода позволит сформулировать устойчивые критерии для дизайна новых оксидных фаз с протонной проводимостью и определить наиболее перспективные направления улучшения их функциональных свойств.
|
