AP26104011 – Исследование применимости наноструктурированных композитных MgO – CeO2 – ZrO2 керамик в качестве материалов для твердооксидных топливных элементов
Цель – Цель проекта заключается в изучении применимости модифицированных композитных наноструктурированных керамик на основе соединений оксидов циркония, церия и магния в качестве материалов топливных элементов для производства водорода.
Актуальность: Актуальность проекта обусловлена необходимостью увеличения доли возобновляемых источников энергии в Казахстане и снижения вредных выбросов в рамках международных инициатив (COP28, Atom4NetZero). Развитие эффективных и экономически выгодных технологий альтернативной энергетики требует создания новых материалов с высокой производительностью и устойчивостью.
В этой связи разработка наноструктурированных керамик для твердооксидных топливных элементов, обладающих высокой проводимостью, термической стабильностью и долговечностью, является важной научно-технической задачей, направленной на повышение эффективности и рентабельности энергетических систем нового поколения.
Научный руководитель: Зикирина Айнур Мухаметжановна, Phd
Ожидаемые и достигнутые результаты: В первый год реализации проекта, используя совокупность методов анализа, используемых в физике твердого тела, таких как растровая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, термогравиметрия, оптическая и рамановская спектроскопия будут получены данные о кинетике фазовых трансформаций в тройных системах MgO – CeO2 – ZrO2 керамиках, на основе которых будут определены оптимальные условия получения керамик с устойчивым фазовым составом, исключающим процессы полиморфных трансформаций в процессе эксплуатации.
Второй год реализации проекта будет направлен на проведение экспериментов по тестированию образцов MgO – CeO2 – ZrO2 керамик на устойчивость к высокотемпературной деградации, что позволит определить не только влияния стабилизирующей компоненты MgO на устойчивость керамик к окислению и объемному распуханию, но и установить кинетику деградации керамик, результаты которой позволят определить основные механизмы коррозии и структурного разупорядочения в зависимости от режимов высокотемпературных испытаний.
Третий год реализации проекта будет связан с тестированием образцов MgO – CeO2 – ZrO2 керамик в качестве анодных материалов твердооксидных топливных элементов, включающих в себя определения электрохимических характеристик, а также эффективности производства водорода в зависимости от состава керамик, изменение которого оказывает влияние на ионно-электронную проводимость.
Актуальность исследований заключается в создании недорогого способа производства материалов для топливных элементов, обладающих высокими показателями емкостных характеристик, а также устойчивостью к высокотемпературной деградации, связанной с режимами эксплуатации топливных элементов, снижение которой на данный момент является одной из самых трудно решаемых задач в области создания твердооксидных топливных элементов.
Проведены работы, связанные с получением MgO – CeO2 – ZrO2 керамик при использовании метода механоактивации и термического отжига. В результате проведенных экспериментов получена серия образцов керамик, проведена характеризация с применением методов растровой электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, методов определения прочностных характеристик. Научная новизна проекта заключается в определении технологических решений при создании наноструктрированных композитных керамик на основе тройной системы MgO – CeO2 – ZrO2, обладающих высокими показателями емкостных характеристик, термической стабильностью и большим ресурсным временем жизни.