РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА YSZ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В работе представлена разработка технологии формирования тонкопленочного электролита на основе стабилизированного диоксида циркония (YSZ) методом реактивного магнетронного распыления для промежуточно-температурных твердооксидных топливных элементов (IT-SOFC). Полученные покрытия исследованы с использованием электронной микроскопии (SEM), рентгенофазового анализа (XRD), вольт-амперной характеристики (ВАХ) и электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Показано, что сформированные пленки YSZ обладают плотной структурой, высокой адгезией к анодной подложке и кубической фазой с преобладанием ориентации (111). Размер кристаллитов составляет 10–12 нм. Экспериментальные ВАХ демонстрируют повышение пиковой мощности от ~0,2 Вт/см² при 600 ℃ до ~1,1 Вт/см² при 800 ℃, а результаты EIS показывают снижение суммарного сопротивления с 2,2 до 0,9 Ом·см² в том же температурном диапазоне. Полученные данные подтверждают высокую ионную проводимость, термостабильность и герметичность тонкопленочного YSZ-электролита, что свидетельствует о его перспективности для применения в энергоэффективных IT-SOFC нового поколения.

1. Le P. A., Trung V. D., Nguyen P. L., Phung T. V. B., Natsuki J., Natsuki T. The current status of hydrogen energy: an overview // RSC Advances. – 2023. – Vol. 13, No. 40. – P. 28262–28287.

2. Zou C., Li J., Zhang X., Jin X., Xiong B., Yu H., Pan S. Industrial status, technological progress, challenges, and prospects of hydrogen energy // Natural Gas Industry B. – 2022. – Vol. 9, No. 5. – P. 427–447.

3. 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, No. 54. – P. 27643–27674.

4. Jaiswal N., Tanwar K., Suman R., Kumar D., Upadhyay S., Parkash O. A brief review on ceria based solid electrolytes for solid oxide fuel cells // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 781. – P. 984–1005.

5. Dwivedi S. Solid oxide fuel cell: Materials for anode, cathode and electrolyte // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – Vol. 45, No. 44. – P. 23988–24013.

6. 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. – P. 1–34.

7. Liang F., Yang J., Zhao Y., Zhou Y., Yan Z., He J., Han M. A review of thin film electrolytes fabricated by physical vapor deposition for solid oxide fuel cells // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Vol. 47, No. 87. – P. 36926–36952.

8. Zakaria Z., Awang Mat Z., Abu Hassan S. H., Boon Kar Y. A review of solid oxide fuel cell component fabrication methods toward lowering temperature // International Journal of Energy Research. – 2020. – Vol. 44, No. 2. – P. 594–611.

9. Lee Y. H., Chang I., Cho G. Y., Park J., Yu W., Tanveer W. H., Cha S. W. Thin film solid oxide fuel cells operating below 600 °C: a review // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. – 2018. – Vol. 5. – P. 441–453.