Описание проекта

Поиск материалов, пригодных для создания твердых электролитов с протонной проводимостью, продолжается уже несколько десятилетий. Это обусловлено высокой практической значимостью для применения данных материалов. На их основе часто изготавливают компоненты электрохимических устройств таких, как газовые сенсоры, электролизеры, мембраны топливных элементов и др. В отличие от традиционных методов, используя топливные элементы можно осуществить преобразование энергии бесшумно, без создания высокого давления и без выделения вредных веществ. Одним из главных приоритетов развития страны является повышение эффективности преобразования одного вида энергии в другой. Развитие таких систем позволят в будущем укрепить лидирующие позиции нашей страны и в секторе распределения и хранения энергии.

Особый интерес представляет в этом плане соединения на основе црконатов, в частности цирконат бария, особенно в наноструктурированном виде, обладающий привлекательными свойствами – химической стабильностью и отличной протонной проводимостью. При этом поиск быстрого, дешевого, воспроизводимого и надежного способа синтеза таких материалов, особенно в наноструктурированном, продолжается.

Цель проекта – изготовление наноструктурированных высокотемпературных протонных проводников путем компактирования нанопорошков на основе BaZrO₃ и оксида иттрия. Проведение комплекс исследований состава, морфологии, структуры и свойств полученных образцов.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Получение нанопорошков на основе BaZrO₃ и оксида иттрия.

• Изготовление наноструктурированных керамик путем компактирования нанопорошков на основе BaZrO₃ и оксида иттрия.

• Исследования состава, морфологии и структуры нанопорошков.

• Исследования состава, морфологии, структуры и электрических свойств керамики.

• Исследования свойств в зависимости от температуры, состава и среды.

Результатом проекта будут

1. Новая оптимизированная эффективная технология получения наноструктурированных керамик путем компактирования нанопорошков на основе BaZrO₃ и оксида иттрия.
2. Образцы нанопорошков и наноструктурированных керамик, с различной плотностью и проводимостью.
3. База данных по структуре, фазовому составу и электрическим свойствам полученных материалов.

Для выполнения проекта имеется необходимое исследовательское оборудование в ЦКП «Аналитическая спектроскопия» и НОЦ «Нанотехнологии» при ДГУ.

Прогноз по рынку

Сегодня водородная энергетика – одно из ключевых направлений в рамках программ по декарбонизации и достижению углеродной нейтральности. Общий объем производства водорода в мире в настоящее время оценивается в 55-70 млн тонн, при совокупном среднегодовом темпе роста в 1.6%. Спрос на водород в России для производства аммиака и метанола в 2020 году составлял примерно 2,8 млн. тонн и 700 тыс. тонн соответственно. Ожидается, что к 2030 году показатель составит совокупно 4,4 млн. тонн

Глобальный рынка топливных элементов, в частности автомобильный, оценивается в 13.6 тыс. ед. в 2020 году, а по прогнозам к 2028 году достигнет 932.6 тыс. ед. при среднегодовом темпе роста 69.7%. Некоторые из ключевых игроков на рынке: Ballard Power Systems (Канада), ITM Power (Великобритания), Plug Power (США), Delphi Technologies (Великобритания), Doosan Corporation (Япония), Hydrogenics (Канада) и Proton Power System. PLC (Великобритания) и др. Проблемами для роста рынка топливных элементов, например автомобильных, являются: высокая воспламеняемость и сложность обнаружения утечки водорода; недостаточная водородная инфраструктура и высокая стоимость транспортных средств являются.

В России некоторые организации, приступили к масштабированию технологии, в частности ИФТТ РАН разработала батареи на основе твердооксидных топливных элементов.

Несмотря на существенное улучшение эксплуатационных характеристики топливных элементов, их стоимостные параметры по-прежнему остаются высокими. Поэтому необходимо снижение стоимости мощности, которая должна составлять не более 40 долларов за кВт при условии массового производства на уровне 0.5 миллиона батарей топливных элементов в год. Например, стоимость батареи топливных элементов Toyota Mirai в 2016 году составляла 183 доллара за кВт. По прогнозу Министерства энергетики США, стоимость мощности топливных элементов к 2025 году может снизиться до 36 долларов за кВт при условии производства не менее 500 тыс. батарей топливных элементов в год.

Презентации

СОЗДАНИЕ ПРОТОННЫХ ПРОВОДНИКОВ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНАТА БАРИЯ ВОСТРЕБОВАННЫХ В ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

Пульс