Олег Кузбит, управляющий редактор отдела веб-информации

Сибирские и белорусские ученые создали, как сообщается, принципиально новый материал для топливных элементов, в основе которого – использование возобновляемых источников. Работая на более низких, чем ныне, температурах, будущие энергоустановки, применяющие инновационные топливные элементы, смогут превращать химическую энергию в электричество и питать самые разнообразные системы – от домашних приборов до промышленных предприятий.

Международная исследовательская группа утверждала, что получено новое вещество, извлекаемое из возобновляемых источников, которое может лечь в основу топливных элементов следующего поколения. Инновационная методика не предполагает использования традиционных источников энергии, таких как углеводороды.

Топливный элемент можно сравнить с батарейкой, только работающей долго и без подзарядки. В отличие от обычной батарейки, в топливном элементе при разрядке происходят химические реакции, и элемент будет выдавать ток ровно столько, сколько будут взаимодействовать внутри него окислитель и восстановитель. Такие системы могут работать месяцами и годами, в зависимости от ресурса, и перерыва в работе не будет вообще.

Есть мнение, что продвинутые топливные элементы – новая надежда для планеты. Особо дерзновенные эксперты полагают, что однажды эти устройства смогут питать энергией все то, что сегодня немыслимо без использования извлеченных из недр ископаемых (и невозобновляемых!) источников энергии.

Партнеры в исследовании

Этот международный проект – вполне успешный, судя по отзывам, пример междисциплинарного взаимодействия ученых. В нем объединились исследователи из трех новосибирских «мозговых центров» и их коллеги из Минска.

Новосибирский государственный университет (НГУ), один из партнеров в проекте, основан в 1958 году, сейчас в нем 13 отделений. Основные направления исследований включают информационные и телекоммуникационные технологии, наносистемы и наноматериалы, экологию и рациональное использование ресурсов, энергетику и энергосбережение, а также вопросы безопасности и противодействия терроризму.

Институт катализа им. Борескова – НИИ, учрежденное 55 лет назад как филиал Сибирского отделения Российской академии наук, – сегодня в списке мировых лидеров в области катализа и связанных с ним НИОКР. Расположен в Новосибирске, есть филиалы в Санкт-Петербурге и Волгограде. Ведет широкий спектр фундаментальных исследований и разрабатывает новые катализаторы и каталитические технологии. Кроме того, у НИИ есть мощности для производства малых партий катализаторов.

Еще один филиал Сибирского отделения РАН, участвующий в проекте, – это Институт химии твердого тела и механохимии, основанный в 1944 году и с тех пор выросший до статуса признанного в мире научного центра. Он занимается активными исследованиями в области механокомпозитов – нового перспективного материала.

Крупнейший партнер с белорусской стороны – расположенный в Минске Институт порошковой металлургии, с 1972 года подразделение Национальной академии наук Беларуси и междисциплинарный исследовательский центр, работающий над вопросами создания новых материалов на основе порошковой металлургии, композитов, сверхтвердых материалов, защитных покрытий, выработки методов сварки, импульсных технологий и ряда других.

Есть проблема – есть решение

Проект предусматривает масштабные фундаментальные исследования, нацеленные не только на создание, но и, в перспективе, на вывод на рынок среднетемпературных твердооксидных топливных элементов.

Добиться безупречного совмещения свойств электролита и электрода очень непросто – а это непреложное условие, без выполнения которого такие топливные элементы не возникнут. Высокотемпературные топливные элементы для науки и промышленности не новость: есть системы, которые на таких элементах могут работать при 900 – 1 400 градусах безостановочно до пяти лет. Но для того чтобы сфера применения этих систем существенно расширилась, необходимы более низкие рабочие температуры.

Сибирские ученые взялись за решение этой проблемы и разработали электролитическую мембранную технологию, которая срабатывает при 700 – 800 градусах. В их методе использовалось наложение тонких электролитных пленок на металлические и керамические подложки топливных элементов.

Свой опыт работы по созданию подложек добавили в общий «котел» и белорусы. Минчане изготовили пластину из пенополиуретана и никеля. Затем ее сильно сжали, придав ей легкость и прочность. На следующем этапе в поверхностный слой пластины добавили алюминий. Получившийся в результате никель-алюминиевый сплав был подвергнут окислению, и сформировался «уникальный», по словам исследователей, композитный материал – не только прочный и коррозиеустойчивый, но и пластичный, а также тепло- и электропроводный.

На финальной стадии материал заполнили микро- и наночастицами. Получился новый твердый электролит толщиной всего пять микрон, химически стабильный и хорошо проводящий. Перед внедрением катода был наложен специальный защитный слой, чтобы катод и электролит не вступили в нежелательную реакцию. Как сообщили партнеры по проекту, в течение всего этого завершающего этапа это была «работа на наноуровне».