Ученым Сколковского института науки и технологий (Сколтех) удалось с помощью 3D-принтера изготовить керамическую деталь сложной формы решетки, которая может быть использована в электролитах для топливных элементов. Результаты исследования опубликованы журналом Ceramics International.

Одной из альтернатив сжиганию газа в газовых турбинах является использование топливных элементов, которые преобразуют химическую энергию природного газа в электричество, избегая при этом выбросов азота, диоксида серы и аэрозольных частиц. Твердооксидный топливный элемент состоит из анода, катода и электролита, слоя керамического материала между двумя электродами, одной из характеристик которого является ионная проводимость: чем она выше, тем выше мощность топливного элемента. Сама по себе ионная проводимость зависит от материала электролита и рабочей температуры устройства.

Высокой ионной проводимости можно достичь за счет использования керамического электролита с иерархической структурой решетки. Ученые Сколтеха пытались создать такой электролит, используя цирконий, стабилизированный оксидом скандия или оксидом иттрия. Такие материалы подходят для топливных элементов с рабочими температурами 1000 и 750 градусов Цельсия соответственно. Сам электролит был “напечатан” на 3D-принтере с использованием технологии микростереолитографии, которая удобна для создания прототипов и небольших деталей. Исследователи также использовали офисный проектор для подачи ультрафиолетового излучения, которое воздействовало на полимерное связующее в керамической пасте и обеспечивало затвердевание заготовки во время печати.

Заготовку, напечатанную на 3D-принтере, помещали в печь, где из нее выжигали полимерное связующее, затем деталь спекали для устранения остаточных пор. В результате получалась прочная керамика. 

«Мы продемонстрировали, что технология 3D-печати, в частности микростереолитография, может создавать сложную структуру из одного экспериментального и одного коммерчески доступного материала электролита керамического топливного элемента. Это шаг к улучшению эксплуатационных характеристик топливных элементов – чтобы со временем они смогли конкурировать с менее экологичными источниками энергии и заменить их», – цитирует руководителя исследования Олега Пчелинцева Сколтех.

Авторы планируют создать демонстрационные образцы топливных элементов, в которых роль электролитов будут играть решетчатые керамические структуры, напечатанные на 3D-принтере.

Источник: Ассоциация «Глобальная энергия»