Прорыв в водородной энергетике: созданы топливные элементы для 300°C

Исследователи из японского Университета Кюсю объявили о создании твердооксидного топливного элемента (SOFC), способного эффективно работать при температуре 300°C. Это значительный шаг на пути к отказу от ископаемого топлива, поскольку решает одну из главных проблем современной водородной энергетики.

Твердооксидные топливные элементы известны своей высокой эффективностью и долговечностью, однако их широкому применению мешала необходимость работать при экстремально высоких температурах – около 700–800°C. Такой режим требовал использования дорогостоящих жаропрочных материалов, что делало технологию недоступной для массового рынка. Снижение рабочей температуры до 300°C открывает путь к созданию недорогих систем потребительского уровня.

В основе топливного элемента лежит электролит – керамический слой, который переносит заряженные частицы для выработки энергии. В водородных ячейках он транспортирует протоны. «До сих пор не существовало керамики, способной достаточно быстро переносить протоны в таких „теплых“ условиях», – объяснил руководитель исследования, профессор Йосихиро Ямадзаки. Его команде удалось преодолеть это ограничение.

Ученые обнаружили, что комбинация двух соединений – станната бария (BaSnO₃) и титаната бария (BaTiO₃), – легированных высокой концентрацией скандия (Sc), позволяет достичь эталонной протонной проводимости при 300°C. Этот показатель сравним с проводимостью современных SOFC, работающих при 600–700°C. Открытие опровергло устоявшееся мнение о том, что повышение концентрации легирующей добавки неизбежно замедляет движение ионов.

Новая технология открывает прямой путь к созданию доступных и низкотемпературных топливных элементов. «Наша работа превращает давний научный парадокс в практическое решение, приближая доступную водородную энергию к повседневной жизни», – заключил Ямадзаки. По его словам, этот принцип может быть применен и в других сферах, например, при создании электролизеров, водородных насосов и реакторов для преобразования CO₂ в ценные химические вещества, что многократно усилит вклад в декарбонизацию экономики.