В настоящее время существует потребность прямого получения электроэнергии из органического топлива в связи с постоянным ростом потребления электроэнергии и спросом на высокоэффективные и одновременно экологичные решения проблемы преобразования и хранения энергии. Одним из эффективных способов преобразования и хранения энергии является использование энергоустановок на основе твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ), так как их можно использовать, с одной стороны, для генерирования электроэнергии путем подвода топлива и окислителя, и с другой стороны, – для получения, например, водорода и кислорода путем подвода воды и излишков электроэнергии из городской электросети, т.е. аккумулирования энергии. Однако, несмотря на очевидную привлекательность твердооксидных топливных элементов, их широкое применение сдерживается рядом нерешенных эксплуатационных проблем, обусловленных химическим взаимодействием его компонентов (интерконнектора, катода, электролита и анода), их различным термическим и химическим расширение, высоким сопротивлением отдельных компонентов, и высокая рабочая температура, ускоряющая взаимодействие компонентов ТОТЭ и их деградацию. Такие проблемы приводят к значительному сокращению срока службы ТОТЭ, резко снижающегося или низкого КПД.
Поэтому настоящий проект направлен на решение фундаментальных и технологических проблем создания среднетемпературного твердооксидного топливного элемента на основе максимально близких по составу и кристаллической структуре протон-проводящих материалов электролита и катода. В качестве матричного соединения будет использован сложный оксид цирконат бария со структурой перовскита, свойства которого будут целенаправленно изменяться путем частичного замещения циркония иттрием, празеодимом, неодимом и кобальтом в различном соотношении. Такое гетеровалентное допирование приведет к изменению дефектной структуры матричного вещества и, как следствие, к радикальному изменению физико-химических свойств, а именно к изменению типа доминирующих носителей заряда, увеличению общей/электронной/ионной проводимости. Близость по составу и структуре материалов компонентов ТОТЭ устранит, как ожидается, химическое взаимодействие между ними, нивелирует различие в их термическом и химическом расширении. В результате будет создан эффективный твердооксидный топливный элемент на основе протон-проводящих электролита и катода, работающий на органическом топливе, с увеличенным временем жизни, вызванным отсутствием деградации его компонентов.
