Топливные элементы сделали дешевле и надежнее

14.07.2022

Российский ученый совместно с коллегами из Болгарии, Великобритании и Ирана предложил новый способ изготовления деталей топливных элементов — химических источников энергии. Новый метод, в котором используются биполярные пластины из стали с покрытиями из нитрида титана и нитрида хрома, сделает производство зеленой энергии дешевле и надежнее. Результаты опубликованы в журнале Sensors.

Химические источники тока — топливные элементы — это альтернативный источник энергии. Электроэнергия в топливных элементах получается напрямую из химических реакций, например путем соединения кислорода и водорода с образованием воды. Главная деталь таких топливных элементов — биполярная пластина. Она отделяет участвующие вещества друг от друга, проводит нужные ионы, выводит тепло и побочные продукты. Поэтому ее качество определяет надежность всего элемента. Чаще всего пластину делают из графита благодаря его термической и химической стойкости. Однако производство таких пластин дорогое, а с механической точки зрения графит недостаточно прочный. Профессор Российского университета дружбы народов совместно с коллегами из Болгарии, Великобритании и Ирана предложил делать биполярные пластины из стали с покрытиями TiN и CrN — так они получаются прочнее и дешевле.

«Биполярные пластины — наиболее важный компонент топливных элементов. Производительность и срок службы таких топливных элементов определяется главным образом двумя факторами — коррозионной стойкостью и сопротивлением межфазному контакту металлических биполярных пластин. Чтобы обеспечить эти свойства, на пластину наносят тонкую твердую пленку из проводящего покрытия», — рассказал Реза Каши Заде Казем, профессор департамента транспорта РУДН.

Для металлической биполярной пластины исследователи выбрали сплав нержавеющей стали AISI410. Перед авторами стояла задача подобрать лучшее покрытие стальной пластины, которое сделало бы ее достаточно устойчивой к коррозии и межфазному контакту. Ученые проверили два возможных варианта — покрытие из нитрида титана и из нитрида хрома.

Оказалось, и нитрид титана, и нитрида хрома улучшают устойчивость стали к коррозии. Однако лучше справляется нитрид хрома. Он снижает скорость коррозии в три раза — до 0,032 миллидюйма в год, тогда как у чистой стали этот параметр равен 0,096.

«Нержавеющая сталь с покрытием из нитрида хрома может быть отличным кандидатом для использования в топливных элементах в качестве биполярной пластины благодаря коррозионной стойкости, низкой стоимости материалов и простоте изготовления», — подытожил Реза Каши Заде Казем.