Секрет успеха команды ученых из Университета Кюсю — модернизация электролита топливного элемента. Этот керамический слой переносит протоны, генерируя электроэнергию. Раньше разработчикам приходилось идти на компромисс: добавление химических примесей в электролит увеличивает количество доступных протонов, но приводит к засорению кристаллической решетки материала, замедляя движение протонов и снижая производительность.

Исследователи из Японии нашли решение этой проблемы. Они обнаружили, что, легируя два соединения, станнат бария и титанат бария, высокими концентрациями скандия, можно создать эффективную структуру. Анализ показал, что атомы скандия образуют то, что исследователи назвали «магистралью ScO₆», пишет IE.

В материале возникает широкий и, одновременно, плавно вибрирующий путь, который предотвращает захват протонов, свойственный сильнолегированным оксидам. Полученный материал достигает протонной проводимости более 0,01 См/см при 300°C, что сопоставимо с показателями традиционных электролитов для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), работающих при вдвое более высокой температуре.

«Снижение рабочей температуры до 300°C позволит сократить материальные затраты и открыть путь к системам потребительского уровня», — отметил руководитель исследования, профессор Ёсихиро Ямадзаки.

Авторы исследования предполагают, что ту же концепцию можно применить для совершенствования других инструментов декарбонизации. Принцип создания эффективных ионных путей в материалах закладывает основу для разработки множества других энергетических технологий, помимо топливных элементов: низкотемпературных электролизеров, водородных насосов и реакторов, преобразующих CO₂ в ценные химические вещества.

Обычно в топливных элементах используются платиновые катализаторы, эффективные, но быстро разрушающиеся. Команда ученых из США разработала новый катализатор со сроком службы до 200 000 часов при действующем нормативе 30 000 часов.