Российские исследователи впервые создали металлооксидный электролит для водородного топливного элемента с нужным комплексом свойств. Результаты работы представлены в журнале Solid State Sciences.

«Мы хотим создать топливный элемент, генерирующий электроэнергию при температуре 300–500 °С. Благодаря этому мы сможем заменить полимеры и платину сложными оксидами металлов. Это удешевит конечные устройства, улучшит их стабильность и прочие характеристики», — рассказывает одна из исследователей, профессор кафедры физической и неорганической химии Института естественных наук и математики УрФУ Ирина Анимица.

Топливный элемент представляет собой электрохимическую систему, состоящую из протонпроводящей мембраны и двух электродов, которые находятся в контакте с ней. В такой системе мембрана играет роль электролита и проводит протоны — ионы водорода. К электродам, аноду и катоду, постоянно подводятся, соответственно, водород и кислород. В топливном элементе химическая энергия переходит в электрическую, и лишь небольшая часть превращается в тепло.

КПД топливного элемента составляет порядка 70%, что гораздо выше КПД теплоэлектростанций, газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания, а выбросы вредных веществ либо имеют нулевые значения, либо меньше в десятки и сотни раз.

В новой работе исследователи смогли синтезировать новый тип протонной мембраны для таких топливных элементов с формулой Ba₄In₂Zr₂O_11-0.5xF_x. Он представляет собой протонный проводник со структурой перовскита. Новый состав дешевле аналогов и обладает сравнимыми физико-химическими характеристиками. Следующая цель ученых — создать на их основе топливный элемент и рассчитать его эффективность.