Химики УрФУ доработали соединение для твердооксидных топливных элементов
Их работа приближает момент, когда перспективные устройства получат широкое распространение
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) с помощью примесей облегчили кислородно-ионный и протонный транспорт в BaLaInO4 (барий, лантан и индий с кислородом). Это соединение перспективно в качестве электролита для твердооксидных топливных элементов. Исследование опубликовано (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jrs.5966) в Journal of Raman spectroscopy. Работа поддержана грантом Президента РФ для молодых ученых (№ MK-24.2019.3).
Топливные элементы — это устройства, которые перерабатывают энергию топлива в электрическую в ходе химической реакции. Они могут быть использованы в двигателях автомобилей, в космической промышленности. Одними из перспективных являются твердооксидные топливные элементы. В качестве электролита, который проводит электрический ток, в них выступают сложнооксидные материалы. Главная сложность заключается в том, что твердооксидные топливные элементы работают при температуре 700–1000°С, что затрудняет их использование. Поэтому ученые ищут возможность снизить температуру, при которой эти устройства функционируют. Одним из вариантов может стать использование в качестве электролита среднетемпературных протонных проводников, работающих при 300–500°С.
Эффективность их использования зависит от структуры вещества. Одними из потенциально пригодных являются соединения на основе BaLaInO4. Ученые исследовали влияние допирования (добавления примесей) на структуру соединений на основе BaLaInO4. В качестве допантов использовали атомы таких химических элементов, как стронций, барий, титан и ниобий. Вещества были получены в ходе твердофазного синтеза, то есть при последовательном измельчении порошков исходных реагентов и ступенчатом повышении температуры. Сперва исследователи подтвердили однофазность полученных соединений методом порошковой рентгенографии. Этот подход основан на дифракции (отклонении) рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке изучаемого вещества. Кроме того, авторы установили, что все образцы имеют ромбическую структуру.
Для изучения локальной структуры исследователи прибегли к спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановской спектроскопии). Суть метода в том, что через образец исследуемого вещества пропускают луч с определенной длиной волны, который при контакте с образцом рассеивается. Затем полученные лучи с помощью линзы собираются в один пучок, усиливаются и направляются на детектор, с помощью которого фиксируется их частота. Так ученые подтвердили, что допирование приводит к появлению дефектов в кристаллической решетке — образуются кислородные вакансии (отсутствие кислорода в решетке в структурной позиции) и межузельный кислород (атом кислорода в «дополнительной» позиции). Авторы исследования также выяснили, что введение примесей приводит к расширению элементарной ячейки, при этом структура искажается меньше. В результате облегчается транспорт ионов кислорода и протонов, и ионная проводимость повышается. Вместе с тем улучшаются свойства вещества как электролитического материала.
«Мы исследовали влияние различных типов допирования на локальную структуру и транспортные свойства BaLaInO4. Результаты нашей работы значительно расширяют понимание того, как перемещаются частицы в подобных материалах, и приближают момент, когда твердооксидные топливные элементы смогут получить широкое распространение», — рассказала доцент кафедры физической и неорганической химии УрФУ Наталия Тарасова.
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование
Их работа приближает момент, когда перспективные устройства получат широкое распространение
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) с помощью примесей облегчили кислородно-ионный и протонный транспорт в BaLaInO4 (барий, лантан и индий с кислородом). Это соединение перспективно в качестве электролита для твердооксидных топливных элементов. Исследование опубликовано (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jrs.5966) в Journal of Raman spectroscopy. Работа поддержана грантом Президента РФ для молодых ученых (№ MK-24.2019.3).
Топливные элементы — это устройства, которые перерабатывают энергию топлива в электрическую в ходе химической реакции. Они могут быть использованы в двигателях автомобилей, в космической промышленности. Одними из перспективных являются твердооксидные топливные элементы. В качестве электролита, который проводит электрический ток, в них выступают сложнооксидные материалы. Главная сложность заключается в том, что твердооксидные топливные элементы работают при температуре 700–1000°С, что затрудняет их использование. Поэтому ученые ищут возможность снизить температуру, при которой эти устройства функционируют. Одним из вариантов может стать использование в качестве электролита среднетемпературных протонных проводников, работающих при 300–500°С.
Эффективность их использования зависит от структуры вещества. Одними из потенциально пригодных являются соединения на основе BaLaInO4. Ученые исследовали влияние допирования (добавления примесей) на структуру соединений на основе BaLaInO4. В качестве допантов использовали атомы таких химических элементов, как стронций, барий, титан и ниобий. Вещества были получены в ходе твердофазного синтеза, то есть при последовательном измельчении порошков исходных реагентов и ступенчатом повышении температуры. Сперва исследователи подтвердили однофазность полученных соединений методом порошковой рентгенографии. Этот подход основан на дифракции (отклонении) рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке изучаемого вещества. Кроме того, авторы установили, что все образцы имеют ромбическую структуру.
Для изучения локальной структуры исследователи прибегли к спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановской спектроскопии). Суть метода в том, что через образец исследуемого вещества пропускают луч с определенной длиной волны, который при контакте с образцом рассеивается. Затем полученные лучи с помощью линзы собираются в один пучок, усиливаются и направляются на детектор, с помощью которого фиксируется их частота. Так ученые подтвердили, что допирование приводит к появлению дефектов в кристаллической решетке — образуются кислородные вакансии (отсутствие кислорода в решетке в структурной позиции) и межузельный кислород (атом кислорода в «дополнительной» позиции). Авторы исследования также выяснили, что введение примесей приводит к расширению элементарной ячейки, при этом структура искажается меньше. В результате облегчается транспорт ионов кислорода и протонов, и ионная проводимость повышается. Вместе с тем улучшаются свойства вещества как электролитического материала.
«Мы исследовали влияние различных типов допирования на локальную структуру и транспортные свойства BaLaInO4. Результаты нашей работы значительно расширяют понимание того, как перемещаются частицы в подобных материалах, и приближают момент, когда твердооксидные топливные элементы смогут получить широкое распространение», — рассказала доцент кафедры физической и неорганической химии УрФУ Наталия Тарасова.
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование
Wiley Online Library
Effect of doping on the local structure of new block‐layered proton conductors based on BaLaInO4
The acceptor doping of La3+‐sublattice and donor doping of In3+‐sublattice of BaLaInO4 led to appearance of new kinds of the defects (oxygen vacancy and oxygen interstitial) and to the decrease in th...
И снова с нами рубрика "Электромобиль по пятницам"
Современные московские электробусы до сих пор многим приезжим кажутся чем-то необычным и суперсовременным. Однако еще более века назад, на рубеже XIX и XX столетий, в России появился первый электробус. На фотографии созданный около 1900 года гатчинским изобретателем Ипполитом Романовым электрический омнибус на 17 человек. Аккумулятора конструкции самого Романова этому транспорту хватало на то, чтобы перевезти пассажиров со скоростью 20 километров в час на расстояние до 60 километров.
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #ретрофото #ретро #электротранспорт #историятранспорта #электрокар #электроавтомобиль
Современные московские электробусы до сих пор многим приезжим кажутся чем-то необычным и суперсовременным. Однако еще более века назад, на рубеже XIX и XX столетий, в России появился первый электробус. На фотографии созданный около 1900 года гатчинским изобретателем Ипполитом Романовым электрический омнибус на 17 человек. Аккумулятора конструкции самого Романова этому транспорту хватало на то, чтобы перевезти пассажиров со скоростью 20 километров в час на расстояние до 60 километров.
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #ретрофото #ретро #электротранспорт #историятранспорта #электрокар #электроавтомобиль
Очень часто нам приходится слышать вопрос: а чем водородный автомобиль лучше электрического - на аккумуляторах? Мы нашли инфографику, которая сводит воедино все преимущества двух типов автомобилей. Давайте разберемся!
Итак, достоинства, присущие обоим типам авто: нулевой углеродный выброс, электродвигатель, низкий шум, высокий КПД.
«Автомобиль на батарейках» является самодостаточным транспортом для города (пробега между зарядками хватает для эксплуатации в режиме городского авто), он отличается более высокой эффективностью полного цикла производства энергии, а также для развития такого транспорта нужны более низкие расходы на начальном этапе.
Водородный автомобиль гораздо быстрее заправляется (минуты против часов), он обладает бОльшим пробегом. Благодаря этому «на водороде» можно сделать любые типы автомобилей – от легковушек до самосвалов и фур, а если считать «вдолгую», то и инфраструктура для водорода обойдется дешевле.
Источник: https://www.instagram.com/p/CGlAguAHnOm/
#наука #знания #фото #авто #водород #science #hydrogen #greenenergy #npenergy #auto #supercar #транспорт #нти #ипхф #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #электротранспорт #электрокар #электроавтомобиль
Итак, достоинства, присущие обоим типам авто: нулевой углеродный выброс, электродвигатель, низкий шум, высокий КПД.
«Автомобиль на батарейках» является самодостаточным транспортом для города (пробега между зарядками хватает для эксплуатации в режиме городского авто), он отличается более высокой эффективностью полного цикла производства энергии, а также для развития такого транспорта нужны более низкие расходы на начальном этапе.
Водородный автомобиль гораздо быстрее заправляется (минуты против часов), он обладает бОльшим пробегом. Благодаря этому «на водороде» можно сделать любые типы автомобилей – от легковушек до самосвалов и фур, а если считать «вдолгую», то и инфраструктура для водорода обойдется дешевле.
Источник: https://www.instagram.com/p/CGlAguAHnOm/
#наука #знания #фото #авто #водород #science #hydrogen #greenenergy #npenergy #auto #supercar #транспорт #нти #ипхф #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #электротранспорт #электрокар #электроавтомобиль
Instagram
Green Hydrogen
#hydrogen #cleanmobility #climatechange #green #cleantransport #hydrogencar #greenhydrogen
Теплый, золотой и местами даже солнечный день в Черноголовке. Как будто бы осень не перевалила за свою середину! Отличное время для съемок нашего водородного авиапарка :)
Бэкстэйджи.
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #backstage
Бэкстэйджи.
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #backstage
Предложен метод стабилизации оловянного анода для литий-ионных батарей
Металлический оловянный анод – весьма перспективный кандидат для применения в литий-ионных батареях следующего поколения. Теоретически он должен обладать высокой емкостью и электропроводностью. Однако, с другой стороны, такой анод страдает от сильной механической деградации. Это связано с тем, что при интеркаляции и деинтеркаляции лития анод подвержен очень большим изменениям объема.
В новой статье, опубликованной в журнале Advanced Materials, авторы из США предлагают использовать слой интерметаллического медно-оловянного покрытия для стабилизации анода. «Одновременное однородное Sn-Cu способствует равномерному литиированию/делитиации, смягчая внутреннее напряжение. Кроме того, остаточный жесткий интерметаллид Cu–Sn демонстрирует потрясающую механическую целостность, которая сопротивляется пластической деформации во время входа и выхода ионов лития. В результате усиленный оловянный анод демонстрирует значительное улучшение циклической стабильности при резко сниженной скорости падения емкости на 0,03% за цикл в течение 1000 циклов», - пишут авторы.
Источник: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202003684
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование
Металлический оловянный анод – весьма перспективный кандидат для применения в литий-ионных батареях следующего поколения. Теоретически он должен обладать высокой емкостью и электропроводностью. Однако, с другой стороны, такой анод страдает от сильной механической деградации. Это связано с тем, что при интеркаляции и деинтеркаляции лития анод подвержен очень большим изменениям объема.
В новой статье, опубликованной в журнале Advanced Materials, авторы из США предлагают использовать слой интерметаллического медно-оловянного покрытия для стабилизации анода. «Одновременное однородное Sn-Cu способствует равномерному литиированию/делитиации, смягчая внутреннее напряжение. Кроме того, остаточный жесткий интерметаллид Cu–Sn демонстрирует потрясающую механическую целостность, которая сопротивляется пластической деформации во время входа и выхода ионов лития. В результате усиленный оловянный анод демонстрирует значительное улучшение циклической стабильности при резко сниженной скорости падения емкости на 0,03% за цикл в течение 1000 циклов», - пишут авторы.
Источник: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202003684
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование
Wiley Online Library
Stabilization of Sn Anode through Structural Reconstruction of a Cu–Sn Intermetallic Coating Layer
A rigid Cu–Sn intermetallic coating layer (ICL) is designed to restrict the volume change of a Sn anode through a structural reconstruction mechanism. A gradual separation of the metallic Cu phase fr...
Сегодня в нашей рубрике "Электромобиль по пятницам" один из трех электромобилей, совершивших самое далекое путешествие в истории автотранспорта вообще.
Лунная программа США в своих последних трех миссиях - Apollo 15, 16 и 17 - включала в себя не только высадку на поверхность нашего спутника, но и поездки по нему на специальном авто.
"Лунные багги" питались двумя щелочными цинк-серебряными первичными источниками тока емкостью в 121 ампер-час каждый. Они проезжали до 20 километров за одну поездку.
И они так и остались на Луне.
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #ретрофото #ретро #электротранспорт #историятранспорта #электрокар #электроавтомобиль
Лунная программа США в своих последних трех миссиях - Apollo 15, 16 и 17 - включала в себя не только высадку на поверхность нашего спутника, но и поездки по нему на специальном авто.
"Лунные багги" питались двумя щелочными цинк-серебряными первичными источниками тока емкостью в 121 ампер-час каждый. Они проезжали до 20 километров за одну поездку.
И они так и остались на Луне.
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #ретрофото #ретро #электротранспорт #историятранспорта #электрокар #электроавтомобиль
"Большой скачок. Водородная энергетика"
Наконец-то в сети опубликован научно-популярный фильм, снятый каналом НАУКА 2.0 в том числе и в ЦК НТИ при ИПХФ РАН.
https://youtu.be/oGNeDKVLxdY
#наука #знания #фото #авто #водород #science #hydrogen #greenenergy #npenergy #auto #supercar #транспорт #нти #ипхф #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #электротранспорт #электрокар #электроавтомобиль
Наконец-то в сети опубликован научно-популярный фильм, снятый каналом НАУКА 2.0 в том числе и в ЦК НТИ при ИПХФ РАН.
https://youtu.be/oGNeDKVLxdY
#наука #знания #фото #авто #водород #science #hydrogen #greenenergy #npenergy #auto #supercar #транспорт #нти #ипхф #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #электротранспорт #электрокар #электроавтомобиль
Электромобили в Европе впервые "побили" дизель
В сентябре на европейском авторынке произошло эпохальное событие. Впервые за всю историю (может быть, не считая начала XX века) автомобили с дизельным двигателем проиграли в продажах своим электрическим собратьям. Это следует из отчета исследовательской компании JATO.
Доля проданных электромобилей в сентябре чуть превысила 25 процентов рынка, доля дизельных авто - упала ниже 25 процентов (24,8%). Впрочем, бензиновые автомобили все еще составляют половину от всех проданных транспортных средств.
Источник: https://www.jato.com/in-september-2020-for-the-first-time-in-european-history-registrations-for-electrified-vehicles-overtook-diesel/
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #ретрофото #ретро #электротранспорт #историятранспорта #электрокар #электроавтомобиль
В сентябре на европейском авторынке произошло эпохальное событие. Впервые за всю историю (может быть, не считая начала XX века) автомобили с дизельным двигателем проиграли в продажах своим электрическим собратьям. Это следует из отчета исследовательской компании JATO.
Доля проданных электромобилей в сентябре чуть превысила 25 процентов рынка, доля дизельных авто - упала ниже 25 процентов (24,8%). Впрочем, бензиновые автомобили все еще составляют половину от всех проданных транспортных средств.
Источник: https://www.jato.com/in-september-2020-for-the-first-time-in-european-history-registrations-for-electrified-vehicles-overtook-diesel/
#ипхф #наука #знания #историянауки #электрохимия #npenergy #нти #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #ретрофото #ретро #электротранспорт #историятранспорта #электрокар #электроавтомобиль
JATO
In September 2020, for the first time in European history, registrations for electrified vehicles overtook diesel - JATO
Total number of electrified cars registered in September was higher than the number of registrations for diesel cars in Europe
«Почвенные» биотопливные элементы вышли на полевые испытания
Использование микроорганизмов для генерации электрической энергии – идея не новая, первые подобные работы появились более 40 лет назад. Однако большинство исследований так и не вышло за пределы лабораторий. В новом выпуске журнала Applied Energy рассказывается о «полевых» испытаниях особого типа подобных топливных элементов – грунтовых микробных ТЭ (soil microbial fuel cells, SMFCs). Функциональные стеки SMFC приспособили для очистки питьевой воды.
Исследователи из Великобритании и Бразилии запустили опытную площадку на северо-востоке Бразилии. Почва в таких элементах действует как электродный сепаратор и служит источником как электроактивных бактерий, так и органических веществ. Каждый SMFC генерирует мощность 0,4 мВт, которая увеличивается до 12,2 МВт за счет электрического подключения 16 SMFC параллельно, со стабильной производительностью в течение 140 дней работы. В начальной школе в Икапуи, на северо-востоке Бразилии, была установлена масштабная система, состоящая из стека из 64 SMFC, которая продемонстрировала способность очищать до пяти литров воды в день при интеграции с электрохимическим реактором.
«Демонстрируя внедрение из лаборатории в поле, наша работа обеспечивает эффективный маршрут для масштабируемости и практического применения стеков SMFC для выработки энергии и самоочищения воды в отдаленных районах», - пишут авторы.
Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261920311776
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование
Использование микроорганизмов для генерации электрической энергии – идея не новая, первые подобные работы появились более 40 лет назад. Однако большинство исследований так и не вышло за пределы лабораторий. В новом выпуске журнала Applied Energy рассказывается о «полевых» испытаниях особого типа подобных топливных элементов – грунтовых микробных ТЭ (soil microbial fuel cells, SMFCs). Функциональные стеки SMFC приспособили для очистки питьевой воды.
Исследователи из Великобритании и Бразилии запустили опытную площадку на северо-востоке Бразилии. Почва в таких элементах действует как электродный сепаратор и служит источником как электроактивных бактерий, так и органических веществ. Каждый SMFC генерирует мощность 0,4 мВт, которая увеличивается до 12,2 МВт за счет электрического подключения 16 SMFC параллельно, со стабильной производительностью в течение 140 дней работы. В начальной школе в Икапуи, на северо-востоке Бразилии, была установлена масштабная система, состоящая из стека из 64 SMFC, которая продемонстрировала способность очищать до пяти литров воды в день при интеграции с электрохимическим реактором.
«Демонстрируя внедрение из лаборатории в поле, наша работа обеспечивает эффективный маршрут для масштабируемости и практического применения стеков SMFC для выработки энергии и самоочищения воды в отдаленных районах», - пишут авторы.
Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261920311776
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование
Открытый на Камчатке минерал станет перспективным материалом для натрий-ионных батарей
Научная группа под руководством профессора кафедры кристаллографии Санкт-Петербургского университета Станислава Филатова обнаружила на Камчатке новый минеральный вид — петровит. Находку ученые назвали в честь выдающегося кристаллографа, профессора СПбГУ Томаса Георгиевича Петрова, который совместно со своими учениками Аркадием Гликиным и Сергеем Мошкиным первым в мире создал технологию выращивания ювелирного малахита. Открытие опубликовано в журнале Mineralogical Magazine.
Недавняя находка ученых СПбГУ, петровит Na10CaCu2(SO4)8, образует голубые глобулярные корочки из таблитчатых кристаллов, содержащих газовые включения. «Атом меди в кристаллической структуре петровита имеет необычную и очень редкую координацию семью атомами кислорода. Такую координацию имеет только пара соединений, а также минерал саранчинаит, который был открыт нашими коллегами из СПбГУ — научной группой профессора Олега Сийдры», — отметил руководитель проекта профессор Станислав Филатов.
Минерал состоит из атомов кислорода, серы натрия и меди, которые образуют пористый каркас. Пустоты соединены между собой каналами, по которым могут перемещаться относительно мелкие атомы натрия. Таким образом, ученые установили, что структурный тип петровита является перспективным для ионной проводимости и может использоваться в качестве катодного материала для натрий-ионных батарей.
Источник: https://www.cambridge.org/core/journals/mineralogical-magazine/article/petrovite-na10cacu2so48-a-new-fumarolic-sulfate-from-the-great-tolbachik-fissure-eruption-kamchatka-peninsula-russia/08CD1AF71512AAF1146019481A3B42D1
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование
Научная группа под руководством профессора кафедры кристаллографии Санкт-Петербургского университета Станислава Филатова обнаружила на Камчатке новый минеральный вид — петровит. Находку ученые назвали в честь выдающегося кристаллографа, профессора СПбГУ Томаса Георгиевича Петрова, который совместно со своими учениками Аркадием Гликиным и Сергеем Мошкиным первым в мире создал технологию выращивания ювелирного малахита. Открытие опубликовано в журнале Mineralogical Magazine.
Недавняя находка ученых СПбГУ, петровит Na10CaCu2(SO4)8, образует голубые глобулярные корочки из таблитчатых кристаллов, содержащих газовые включения. «Атом меди в кристаллической структуре петровита имеет необычную и очень редкую координацию семью атомами кислорода. Такую координацию имеет только пара соединений, а также минерал саранчинаит, который был открыт нашими коллегами из СПбГУ — научной группой профессора Олега Сийдры», — отметил руководитель проекта профессор Станислав Филатов.
Минерал состоит из атомов кислорода, серы натрия и меди, которые образуют пористый каркас. Пустоты соединены между собой каналами, по которым могут перемещаться относительно мелкие атомы натрия. Таким образом, ученые установили, что структурный тип петровита является перспективным для ионной проводимости и может использоваться в качестве катодного материала для натрий-ионных батарей.
Источник: https://www.cambridge.org/core/journals/mineralogical-magazine/article/petrovite-na10cacu2so48-a-new-fumarolic-sulfate-from-the-great-tolbachik-fissure-eruption-kamchatka-peninsula-russia/08CD1AF71512AAF1146019481A3B42D1
#ипхф #наука #знания #электрохимия #npenergy #центрыкомпетенцийнти #интереснаянаука #образование