РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ЯЧЕЕК ДЛЯ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Статья посвящена разработке и созданию исследовательских ячеек для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), предназначенных для изучения их характеристик при различных температурах. Основное внимание уделено использованию высокотемпературных стеклянных герметиков, обеспечивающих герметичность конструкции. В статье описаны материалы и методы изготовления модельных топливных ячеек, включая различные комбинации электролитов (YSZ, ScSZ, GDC) и электродов (NiO, LSM). Конструкция исследовательских ячеек включает электрохимические сенсоры, обеспечивающие точный контроль состава газовой смеси, поступающей в активную зону, с отклонениями, не превышающими 0,5%. Результаты исследований вольт-амперных характеристик модельных ТОТЭ в температурном диапазоне 700–950 ℃ показали, что повышение температуры приводит к снижению омических потерь и улучшению кинетики электрохимических реакций. Максимальная плотность мощности достигается при более высоких плотностях тока с увеличением температуры, что объясняется повышенной проводимостью материалов и улучшенной активностью электродов. При более низких температурах наблюдается ограниченная эффективность ячеек из-за увеличенного сопротивления электролита и сниженной активности электродов. Разработанные исследовательские ячейки продемонстрировали высокую надежность и воспроизводимость данных, что позволяет использовать их для оптимизации состава материалов и структуры ТОТЭ. Полученные результаты подтверждают потенциал предложенной методологии для разработки высокоэффективных топливных элементов.

1. Le T.T., Sharma P., Bora B.J., Tran V.D., Truong T.H., Le H.C., Nguyen P.Q.P. Fueling the future: A comprehensive review of hydrogen energy systems and their challenges // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Vol. 54. – Р. 791–816. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.01.012

2. Evro S., Oni B.A., Tomomewo O.S. Carbon neutrality and hydrogen energy systems // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Vol. 78. – Р. 1449–1467. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.12.045

3. Fan L., Tu Z., Chan S.H. Recent development of hydrogen and fuel cell technologies: A review // Energy Reports. – 2021. – Vol. 7. – Р. 8421–8446. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.08.033

4. Aminudin M.A., Kamarudin S.K., Lim B.H., Majilan E.H., Masdar M.S., Shaari N. An overview: Current progress on hydrogen fuel cell vehicles // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – Vol. 48(11). – Р. 4371–4388. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.02.056

5. Singla M.K., Nijhawan P., Oberoi A.S. Hydrogen fuel and fuel cell technology for cleaner future: a review // Environmental Science and Pollution Research. – 2021. – Vol. 28(13). – Р. 15607–15626. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13278-7

6. Pramuanjaroenkij A., Kakaç S. The fuel cell electric vehicles: The highlight review // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – Vol. 48(25). – Р. 9401–9425. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.04.005

7. Luo Y., Wu Y., Li B., Mo T., Li Y., Feng S.P., Chu P.K. Development and application of fuel cells in the automobile industry // Journal of Energy Storage. – 2021. – Vol. 42. – Р. 103124. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103124

8. Singh M., Zappa D., Comini E. Solid oxide fuel cell: Decade of progress, future perspectives and challenges // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Vol. 46(54). – Р. 27643–27674. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.176

9. Golkhatmi S.Z., Asghar M.I., Lund P.D. A review on solid oxide fuel cell durability: Latest progress, mechanisms, and study tools // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2022. – Vol. 161. – Р. 112339. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112339

10. Xu Q., Guo Z., Xia L., He Q., Li Z., Bello I.T., Ni M. A comprehensive review of solid oxide fuel cells operating on various promising alternative fuels // Energy Conversion and Management. – 2022. – Vol. 253. – Р. 115175. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115175

11. Peng J., Huang J., Wu X.L., Xu Y.W., Chen H., Li X. Solid oxide fuel cell (SOFC) performance evaluation, fault diagnosis and health control: A review // Journal of Power Sources. – 2021. – Vol. 505. – Р. 230058. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230058

12. Corigliano O., Pagnotta L., Fragiacomo P. On the technology of solid oxide fuel cell (SOFC) energy systems for stationary power generation: A review // Sustainability. – 2022. – Vol. 14(22). – Р. 15276. https://doi.org/10.3390/su142215276

13. Tang M., Niu Y., Muhammad W., Muhammad S., Zhong Z., Muhammad S., Lv W. Advances in solid oxide fuel cell electrolyte fabrication by pulsed laser deposition // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Vol. 50. – Р. 618–632. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.12.002

14. Ahamad N., Banerjee S., Wei C.C., Lu K.C., Khedulkar A.P., Jian W.B., Lin H.C. Flexible Non-Enzymatic Glucose Sensors: One-Step Green Synthesis of NiO Nanoporous Films via an Electro-Exploding Wire Technique // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2024. – Vol. 16(47). – Р. 64494–64504. https://doi.org/10.1021/acsami.3c13524