В России разработали методику 3D-печати ключевой части топливных элементов

Исследователям удалось напечатать решетчатый керамический материал, который очень хорошо проводит ионы и превосходит в этом отношении другие электролиты для экологичных источников энергии

ТАСС, 27 октября. Ученые из России разработали подход, позволяющий использовать бюджетные трехмерные принтеры для изготовления решетчатого керамического электролита для твердооксидных топливных элементов. Его применение повысит КПД подобных источников тока, сообщила в пятницу пресс-служба Сколтеха (входит в группу ВЭБ.РФ). Работа опубликована в журнале Ceramics International.

"Мы показали, что технология 3D-печати, в частности микростереолитография, позволяет изготовить сложную структуру из одного экспериментального и одного коммерчески используемого керамического материала электролитов топливных элементов. Это шаг к улучшению эксплуатационных характеристик топливных элементов", – приводит слова научного сотрудника Игоря Пчелинцева пресс-служба Сколтеха.

Пчелинцев и его коллеги исследовали технологические возможности созданного ими недорогого 3D-принтера, способного печатать керамические конструкции из нескольких разнородных компонентов. Он построен на базе технологии микростереолитографии и источника ультрафиолетового излучения, аналоги которого применяются в обычных офисных проекторах.

В ходе работы ученые проверили, можно ли использовать установку для печати твердого электролита со сложной структурой, который применяется в некоторых типах топливных элементов. Технология 3D-печати, как предположили исследователи, позволит задать порам в электролите такую форму, которая позволит ему максимально взаимодействовать с топливом и окислителем в процессе работы .

Ученые подготовили новый тип "чернил" для принтера: пастообразный материал, состоящий из циркония и оксидов скандия или иттрия. После печати конструкций из этой пасты и их обработке в печи они превращаются в решетчатый керамический материал, который очень хорошо проводит ионы и превосходит в этом отношении другие электролиты.

По словам исследователей, разработанный ими подход позволяет достаточно быстро изготавливать эти решетчатые электролиты – на производство каждого из полученных образцов ушло менее часа. В перспективе, это позволит дешево и быстро изготовлять ключевую часть твердооксидных топливных элементов, способных окислять топливо эффективнее, чем это делают самые продвинутые двигатели внутреннего сгорания.

О твердооксидных топливных элементах

Твердооксидные топливные элементы представляют собой один из относительно новых источников питания, в которых энергия извлекается в результате химических реакций между двумя наборами веществ. Ключевой частью этих топливных элементов является специальный твердый электролит, который разделяет топливо и окислитель, но при этом позволяет им вступать в реакции друг с другом.

Подобные батареи значительно более эффективно извлекают энергию из топлива, чем это делают двигатели внутреннего сгорания. Их массовое использование пока ограничено высокой стоимостью топливных элементов и относительной недолговечностью некоторых их рабочих элементов, в том числе электродов, а также контактов между ними и другими компонентами батарей.