«Приоритет-2030»: в ВятГУ нашли решение проблемы герметизации топливных элементов

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) — это электрохимические устройства, преобразующие химическую энергию топлива в электрическую. Они применяются в различных областях, например, транспорте, системах электрохимической защиты трубопроводов и устройствах совместной генерации тепла и электричества.

В ВятГУ на протяжении нескольких лет ведутся исследования в области разработки ТОТЭ трубчатой конструкции. В 2021 году ученые университета сфокусировались на создании эффективных герметизирующих элементов для ТОТЭ.

Рабочая температура ТОТЭ составляет 700-850°C, что затрудняет подбор материалов для герметизации таких устройств. Мы разработали уникальный стеклополимерный филамент, при помощи которого печатаем изделия на 3D-принтере, что значительно упрощает сборку ТОТЭ и увеличивает надёжность соединений,

- рассказала соавтор разработки, ведущий научный сотрудник центра компетенций «Полимерные материалы» ВятГУ Наиля Саетова.

Изображения изделий из стеклонаполненных композиций, полученных методами 3d-печати

В отличие от существующих методов формирования стеклонаполненных композиций, разработка ВятГУ обеспечивает прецизионную точность, необходимую для герметизации ТОТЭ. Размеры отверстий интерконнекторов должны соответствовать размерам топливных элементов с минимальными отклонениями, чтобы гарантировать надежную герметизацию.

ТОТЭ работают в двойной атмосфере. Снаружи подается воздух, а внутри – водород. Предотвращение смешения этих газовых смесей является критически важным. Для этого мы применяем стекло. В процессе нагрева полимерная составляющая сгорает, оставляя стекло, обеспечивающее надежную герметизацию. Максимальная степень наполнения в 72 мас. % обеспечивает высокую надежность сочленений,

- пояснила Наиля Саетова.

В настоящее время в ВятГУ разработана схема серийного изготовления изделий разных форм и размеров методом 3D-печати из стеклополимерных композиций с различной степенью наполнения, запатентованы составы стеклополимерных смесей.

Благодаря преимуществам предложенного подхода, разработкой учёных ВятГУ заинтересовались представители ведущих научных институтов и производств в области электрохимии, в частности, Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, НИЦ «ТОПАЗ» и НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН.

Работа ведется в рамках стратегического технологического проекта «Материалы и технологии электрохимической энергетики» программы «Приоритет-2030».