Российские ученые выявили 270 перспективных кислород-ионных проводников

Современный рынок электротехнических материалов нуждается в большем количестве твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Поэтому перед материаловедами стоит задача — найти новые соединения с высокой кислород-ионной проводимостью, которые могут быть использованы в качестве составляющих этих элементов. Научный коллектив подведомственного Минобрнауки России Самарского государственного технического университета (СамГТУ) установил 270 неорганических соединений, представляющих интерес для электрохимических устройств. Среди них 46 соединений, ранее не изученных, могут выступать в качестве твердых электролитов, подходящих для использования в качестве основы для твердооксидных топливных элементов.

«Традиционно в качестве главного компонента для электролита большинства высокотемпературных ТОТЭ используются материалы на основе диоксида циркония. Однако для снижения рабочей температуры таких устройств и улучшения рабочих характеристик необходимы новые неорганические соединения с высокими показателями кислородной проводимости. Особенно высоко ценятся ТОТЭ, не нуждающиеся в применении дорогостоящих катализаторов (благородных металлов) и характеризующиеся высокими КПД и высокой степенью экологической безопасности», — поясняет старший научный сотрудник Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению СамГТУ Наталья Кабанова.

В проведенном исследовании для теоретического изучения ионной проводимости в материалах использовался комплексный подход, включающий несколько методик. Так, проанализировав 270 наиболее перспективных кислород-ионных соединений, ученые отобрали 46 соединений и определили их как новые потенциальные кислород-ионные проводники. Дальнейшее квантово-механическое моделирование позволит оценить набор их свойств.

Результаты расчетов по всем известным и спрогнозированным ионпроводящим соединениям политеховцы заносят в созданную ими базу данных. Этот ресурс предоставляет открытый доступ к информации о структурных и электрохимических свойствах неорганических соединений, которые были экспериментально установлены или спрогнозированы при помощи теоретических расчетов.

Работа по поиску перспективных кислород-ионных проводников выполняется при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-23-00355), ее результаты опубликованы в одном из международных научных изданий.