Матеріали для з'єднання керамічних паливних комірок (Огляд)

Анотація

Керамічна паливна комірка (КПК) є одним з найперспективніших енергогенеруючих пристроїв завдяки своїй високій ефективності, екологічності та можливості широкого вибору палива. Основними складовими КПК є електроліт, анод, катод та з’єднувач (інтерконект). Принцип роботи КПК полягає у наступному. На катод подається кисень, де він відновлюється. Іони кисню рухаються крізь щільний керамічний електроліт (іонний провідник) від катоду до аноду. Тим часом на анод подається водень, де каталізатор (металічний нікель) сприяє його дисоціації на атоми. Водень при окисненні звільняє електрони в зовнішнє електричне коло, при цьому утворюється вода. Реакція утворення води є екзотермічною. В результаті у зовнішньому електричному колі тече постійний електричний струм, і таким чином відбувається пряме перетворення хімічної енергії в електричну. Інтерконект є складовою, яка поєднує одиничні паливні комірки в енергосистему — батарею КПК. Надано короткий огляд матеріалів з’єднувачів (інтерконектів) керамічної паливної комірки та напрямів вдосконалення їхніх властивостей. Представлено класифікацію керамічних (на основі хроміту лантану LaCrO₃) та металевих (сплави на основі хрому, сплави Ni–Cr та феритні нержавіючі сталі) матеріалів для з’єднувачів. Керамічні інтерконекти використо­вують зазвичай у високотемпературних КПК (~1000 °C). Недоліками керамічних матеріалів є важкість виготовлення інтерконекта складної форми та висока вартість через використання в них рідкісноземельних елементів. З металевих матеріалів найперспективнішими за основними показниками є феритні нержавіючі сталі з високим вмістом хрому (Crofer 22 APU та Crofer 22). Наведено основні недоліки сучасних металевих матеріалів на основі хромистих сталей для з’єднання комірок при створенні з них енергетичних систем та засади зміни парадигми розробки новітніх легких матеріалів із покращеними властивостями. Запропоновано замінити хромисті сталі перспективними композиційними матеріалами на основі титану.