Создана технология, значительно увеличивающая срок службы автономных энергоустановок в условиях Крайнего Севера

Ученые Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова совместно с коллегами из БФУ им. И. Канта и Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН (ИФТТ РАН) создали технологию, позволяющую значительно увеличить срок службы автономных энергоустановок на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ), использующихся в условиях Крайнего Севера при отсутствии централизованного энергоснабжения.

Преимущество энергоустановок на основе ТОТЭ в том, что для их работы подходит любое газифицированное углеводородное топливо, в том числе природный газ, пропан-бутан, дизельное топливо, бензины и неочищенный водород. Проблема — в малом сроке службы таких установок. Это связано с быстрым выходом из строя их составных деталей — токовых коллекторов, которые изготавливают из нержавеющих сталей. Для того чтобы они прослужили дольше, на их поверхность наносят защитные покрытия.

«Мы занимаемся подбором этих составов и разрабатываем оптимальные методы их нанесения. Для этого не требуются ни драгоценные, ни редкоземельные металлы: мы используем соединения кобальта, марганца — доступные и экологичные. Преимущество нашей технологии — в ее одностадийности. Современные зарубежные аналоги предполагают несколько стадий нанесения таких покрытий с высокотемпературным обжигом, мы же формируем покрытие заданного состава электрохимически, в течение 40-50 минут», — рассказала руководитель проекта, доцент ЮРГПУ(НПИ), кандидат технических наук Анна Храменкова.

Коллектив исследователей из ЮРГПУ (НПИ) разработал технологию синтеза и нанесения на токовые коллекторы защитных покрытий на основе кобальт-марганцевой шпинели. Их коллеги из ИФТТ РАН провели испытания полученных образцов покрытий в условиях, близких к реальной эксплуатации твердооксидных топливных элементов: в воздушной атмосфере, при рабочей температуре и токовой нагрузке, в контакте с материалом катода ТОТЭ на протяжении более 2 500 часов (более ста дней). Важным этапом работы также стал рентгенофазовый анализ, проведенный в ИФТТ РАН, который позволил ученым заглянуть в атомную структуру материала и подтвердить успешное формирование защитной шпинели.

Вклад ученых БФУ им. И. Канта заключался в метрологической аттестации функциональных слоев: бесконтактная 3D-профилометрия позволила с высочайшей достоверностью определить параметры рельефа, что стало фундаментом для прогнозирования свойств новых покрытий.

«С помощью методов бесконтактной профилометрии мы изучили, как микрорельеф стальной подложки влияет на закрепление защитных шпинелей. Эти данные легли в основу оптимизации электрохимического синтеза, проводимого в ЮРГПУ (НПИ), и позволили гарантировать долговечность защитных слоев в экстремальных условиях работы топливных элементов», — пояснил один из авторов работы, исследователь МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика» БФУ им. И. Канта Иван Лятун.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации