«Была успешно изготовлена и испытана новая ячейка электролита из твердого оксида на основе высокоэффективных и устойчивых к CO 2 материалов, протонопроводящего электролита и кислородного электрода, — поясняется в статье. — Для этой ячейки наблюдались необычные характеристики, приводящие к усиленному улучшению, когда восстановительная атмосфера была обогащена СО 2 ».
Также авторы сформулировали возможный механизм, с помощью которого можно объяснить это поведение. В целом по результатам проведенного исследования выяснилось, что ячейки работают лучше в жестких условиях — при повышенной концентрации углекислого газа.
Если электролиз происходит в присутствии углекислого газа, то часть электронов тратится на восстановление этого вещества. Тогда результатом электролиза становится так называемый синтез-газ — смесь водорода и монооксида углерода. Синтез-газ — это что-то вроде полуфабриката топлива: в дальнейшем его можно, например, превратить в жидкие углеводороды. Получение синтез-газа электролизом воды — перспективный процесс, который одновременно позволяет избавиться от углекислого газа и получить топливо. Кстати, сейчас ученые разрабатывают похожие ячейки, которые могли бы работать от солнечной энергии, — тогда процесс будет вдвойне экологичным.
Цель исследования химиков УрФУ и УрО РАН — выбрать наилучший твердый электролит для ячеек. Этот материал должен обеспечивать хорошую проводимость протонов и одновременно быть стабильным в атмосфере СО 2 при температуре 700 градусов Цельсия. В результате проведенного исследования авторы статьи получили материал, проводимость которого оказалась выше, так как протоны меньше «застревали» на границах зерен (отдельных кристаллов в поликристаллическом материале), поэтому и финальные ячейки работали лучше. Стабильность тоже была на высоком уровне: за десять часов работы ячейки потеряли всего 0,7 % эффективности. Впрочем, для промышленного применения этот параметр предстоит еще улучшать.
Более того, ячейки работали даже лучше в более «жестких» условиях, когда атмосфера была дополнительно обогащена углекислым газом: избыток СО 2 подавлял некоторые нежелательные процессы на катоде, в результате чего удавалось достичь оптимального сопротивления и плотности тока, то есть лучшей эффективности ячеек.
Текст подготовлен по материалам портала «Чердак»