В Кирове разработали материал для отечественных топливных элементов

Ученые и инженеры Вятского госуниверситета в ближайшие годы намерены создать рабочий прототип устройства для выработки электроэнергии с высоким КПД, который будет пригоден для запуска в серийное производство.

- В мире подобные технологии уже существуют, но купить и привезти к нам генератор электроэнергии на топливных элементах, пусть даже для бытового применения, абсолютно невозможно, - рассказывает и.о. заведующего кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических производств ВятГУ кандидат химических наук Антон Кузьмин.

Первоначально топливные элементы разрабатывались для создания "воздухонезависимых" энергетических установок для космических кораблей, подводного флота и других специальных применений. И только спустя десятилетия эти технологии дошли до массовых потребителей.

Традиционный цикл тепловых электростанций (ТЭЦ, ГРЭС) - это последовательная передача энергии от сжигания углеводородного топлива теплоносителю, преобразование ее в механическую, а потом в электрическую энергию. Даже теоретический КПД процесса немного превышает 60 процентов, а реальный - 40.

- Уже сейчас разработаны энергоустановки на основе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), которые дают КПД больше 70 процентов. Это позволяет тратить на производство энергии в два раза меньше полезных ископаемых, чем в традиционной энергетике, - поясняет Антон Кузьмин.

Сложность в том, что ТОТЭ, которые могут "переваривать" практически любое топливо (природный газ, биотопливо и даже аммиак), должны функционировать десятки тысяч часов при температурах больше 800 .C. А при более низких температурах можно использовать только чистый водород, получение, хранение и перевозка которого вызывает дополнительные сложности.

Батареи ТОТЭ, разрабатываемые в ВятГУ, чем-то напоминают барабан револьвера, в котором вместо патронов - многослойные трубки из керамических и композитных материалов.

- Передо мной стояла задача подобрать такие составы, которые обеспечивали бы, с одной стороны, высокую эффективность каждого слоя, с другой - его долговечность. Как правило, эти параметры противоречат друг другу, - поясняет младший научный сотрудник Алексей Иванов. - Нужно еще учесть, что технология будет использоваться не в стенах лаборатории, а на реальном производстве, где применяются куда менее химически чистые реактивы.

Научный руководитель проекта ВятГУ "Среда обитания" в рамках федеральной программы "Приоритет-2030" Антон Кузьмин поясняет, что было много работ по созданию отдельных компонентов тех самых трубок. Порой их авторам удавалось достичь очень серьезных результатов. Вся беда в том, что результаты этих работ зачастую оказываются непригодны для промышленности.

Предприятиям реального сектора нужен готовый прототип топливной ячейки, чтобы через год-другой запустить его в производство.

Именно поэтому в ВятГУ чуть раньше разработали композитный токопроводящий материал, который будет фиксировать трубки в барабане. Отработали технологии создания и нанесения защитных покрытий для стальных обойм, удерживающих всю конструкцию и обеспечивающих передачу электрического тока в низкотемпературную зону топливной ячейки.

Следующий этап - собрать действительно работающий прототип, на основе которого уже можно выпускать высокопроизводительные генераторы электроэнергии самого разного назначения.