Технология производства «зеленого» водорода абсолютно необходима для eventualной реализации водородной экономики, поскольку, в отличие от «серого» водорода, «зеленый» водород не выделяет большого количества углекислого газа в процессе производства. Твердооксидные электролитические ячейки (ТОЭЯ), использующие возобновляемую энергию для извлечения водорода из воды, привлекают внимание, поскольку не производят загрязняющих веществ. Среди этих технологий высокотемпературные твердооксидные электролитические ячейки обладают преимуществами высокой эффективности и высокой скорости производства.
Протонно-керамические батареи — это высокотемпературная технология твердооксидных электрохимических ячеек (SOEC), в которой протонно-керамический электролит используется для переноса ионов водорода внутри материала. В этих батареях также применяется технология, которая снижает рабочие температуры с 700 °C и выше до 500 °C и ниже, тем самым уменьшая размеры и стоимость системы, а также повышая долговременную надежность за счет замедления старения. Однако, поскольку ключевой механизм, ответственный за спекание протонных керамических электролитов при относительно низких температурах в процессе производства батарей, до конца не определен, переход к этапу коммерциализации затруднен.
Исследовательская группа Центра исследований энергетических материалов Корейского института науки и технологий объявила об открытии механизма спекания электролита, что открывает возможности для коммерциализации: это новое поколение высокоэффективных керамических батарей, ранее не существовавших.
Исследовательская группа разработала и провела различные модельные эксперименты, основанные на влиянии переходной фазы на уплотнение электролита в процессе спекания электрода. Впервые они обнаружили, что добавление небольшого количества газообразного вспомогательного материала для спекания из переходного электролита может способствовать спеканию электролита. Газовые вспомогательные материалы для спекания встречаются редко и их сложно наблюдать технически. Поэтому гипотеза о том, что уплотнение электролита в протонных керамических ячейках вызвано испарением спекающего агента, ранее не выдвигалась. Исследовательская группа использовала вычислительные методы для проверки газообразного спекающего агента и подтвердила, что реакция не ухудшает уникальные электрические свойства электролита. Таким образом, стало возможным разработать основной технологический процесс производства протонных керамических батарей.
«Благодаря этому исследованию мы приблизились на один шаг к разработке основного процесса производства протонных керамических батарей», — заявили исследователи. «В будущем мы планируем изучить процесс производства крупногабаритных высокоэффективных протонных керамических батарей».
Дата публикации: 08.03.2023