• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21 мая
СПбПУ (Политех)
285

В СПбПУ разработали новое антикоррозионное покрытие для водородной энергетики

4.3

Исследователи Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (НЦМУ СПбПУ) в содружестве с коллегами из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН разработали уникальное покрытие для титановых пластин топливных элементов, применяемых в водородной энергетике. Покрытия отличаются высокими антикоррозийными свойствами.

В СПбПУ разработали новое антикоррозионное покрытие для водородной энергетики
В СПбПУ разработали новое антикоррозионное покрытие для водородной энергетики / © Possessed Photography, unsplash.com

Работа опубликована в научном журнале Vacuum. На сегодняшний день водород является наиболее емким и экологически чистым химическим энергоносителем из всех существующих. Низкотемпературные топливные элементы с протонообменной мембраной – эффективные источники электроэнергии на водородном топливе. Но для практического использования водорода как источника энергии требуется существенно улучшить характеристики одного из основных компонентов топливных элементов — биполярных пластин. Материал биполярных пластин должен обладать малой плотностью и высокой механической прочностью, а также высокой коррозионной стойкостью.

Традиционно в качестве материала биполярных пластин используется графит из-за его высокой коррозионной стойкости, проводимости, низкого контактного сопротивления с другими углеродными материалами. Но пластины из этого материала имеют недостаточную механическую прочность и высокую стоимость. Металлические биполярные платы обладают высокой механической прочностью, однако, их использованию препятствует недостаточная коррозионная стойкость. Эта проблема решается нанесением на поверхность металлических биполярных плат покрытия из различных углеродных и неуглеродных материалов. Наиболее широко исследованы защитные покрытия для нержавеющей стали. Антикоррозионные покрытия для металлов имеют высокое контактное сопротивление (исключение составляют только покрытия из благородных металлов – золото, рутений и так далее).

Исследователи НЦМУ СПбПУ провели исследование возможности применить титан со специальными покрытиями в качестве материала для создания биполярных пластин. Титан обладает большей удельной прочностью и почти вдвое меньшей плотностью по сравнению с нержавеющей сталью, что позволяет снизить удельную массу топливного элемента и расширить возможные сферы применения. Однако титан не имеет достаточной устойчивости в коррозионных средах, особенно в присутствии водорода. Поэтому требуются специальные защитные покрытия, позволяющие преодолеть это ограничение. Покрытия, используемые в настоящее время, обладают не очень хорошей адгезией (способностью одного материала приклеиваться и удерживаться на поверхности другого) и быстро начинают отслаиваться, что приводит к коррозии пластин и снижению получаемого электрического тока.

Исследователи НЦМУ СПбПУ в специальных условиях пучком ускоренных ионов фуллерена (С60) создали на поверхности титанового сплава новые углеродные покрытия. Полученный уникальный углеродный нанокомпозит содержит текстурированные нанокристаллы графита, разделенные твердой прослойкой аморфного алмазоподобного углерода. Титан покрытый таким нанокомпозитом демонстрирует высокую коррозионную стойкость и низкое контактное сопротивление, пригодное для применения в водородных топливных элементах. Контактное сопротивление образцов с нанокомпозитным покрытием в значительной мере превышает установленный дорожными картами целевой показатель.

В тоже время величина получаемого коррозионного тока в 50 раз лучше целевого показателя, а полученный низкий коррозионный ток стабилен в течение длительного времени, что свидетельствует об эффективной защите титана покрытием от проникновения ионов из рабочего раствора. Низкое значение контактного сопротивления сохраняется и после коррозионных испытаний в агрессивных средах, моделирующих работу водородного топливного элемента. Кроме того, ученые выявили возможность управления свойствами получаемых углеродных пленок и формирования специальных покрытий.

«Полученные нами покрытия позволяют достичь требуемых величин целевых показателей, но и поддерживать их в течение длительного времени. Это позволит резко увеличить ресурс работы топливного элемента при его эксплуатации. Таким образом, титан со специальным-покрытием может заменить нержавеющую сталь с золотым покрытием в качестве основы для биполярных пластин топливных элементов с протонообменной мембраной», – прокомментировал результаты исследования профессор Высшей инженерно-физической школы СПбПУ, главный научный сотрудник НИЛ «Нано- и микросистемной техники» НЦМУ СПбПУ Платон Карасев.

В ближайшем будущем группа исследователей планирует перейти к нанесению новых покрытий на макетные образцы и проверить работу моделей топливных элементов. В то же время специалисты считают перспективным деятельность, направленную на разработку специализированных источников ионов фуллерена, пригодных для обработки больших площадей, и создание соответствующей вакуумной установки. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) – один из ведущих технических вузов России. Политех реализует идею создания системы подготовки специалистов новой формации – «инженерный спецназ». Это высококвалифицированные кадры, способные выполнять задачи промышленности с учетом ее современных трендов. Среди партнеров СПбПУ – более 200 российских промышленных предприятий и более 100 иностранных предприятий. Политехнический университет имеет представительства в Китае и в Испании. В 2020 году Политехнический университет стал первым среди российских вузов в рейтинге TНE University Impact Rankings и получил статус научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии».
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 15:47
Александр Березин

Разные группы ученых предсказывали существование реликтовых гравитационных волн еще десятки лет назад. Однако, когда такое открытие в 2020-х годах действительно сделали, оказалось, что обнаруженные гравиволны несовместимы практически со всеми конкретными предсказаниями, кроме одного.

Позавчера, 15:22
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

Вчера, 10:45
Юлия Трепалина

Губки из меламина стали популярными благодаря своим хорошим чистящим свойствам. Работая, подобно мелкой наждачной бумаге, они даже без моющих средств справляются со стойкими загрязнениями на поверхностях вроде следов маркера и въевшихся пятен. Однако в процессе использования меламиновые губки изнашиваются и теряют волокна микропластика. Из-за этого китайские ученые увидели в них ранее неучтенный источник потенциально вредных выбросов.

18 июня
Юлия Трепалина

Хотя полезным свойствам кофе посвящено много исследований, ученые продолжают делать открытия по этой теме. Недавняя работа китайских медиков показала, что регулярное употребление бодрящего напитка способно в некоторой мере снизить вероятность смерти при малоподвижном образе жизни.

18 июня
Дарья Г.

В 2019 году далекая тусклая галактика SDSS1335+0728 неожиданно быстро нарастила яркость. В центре галактик бывают вспышки яркости, когда какая-нибудь неудачливая звезда подлетает слишком близко к черной дыре. Обычно эти события длятся десятки дней. Тут же галактика остается яркой спустя несколько лет. Видимо, астрономы впервые поймали возникновение активного галактического ядра.

20 июня
МПСУ

Эмоциональное выгорание ИТ-специалиста напрямую связано с его личностными характеристиками. С профессиональными перегрузками и стажем связи нет. К такому выводу пришли ученые МПСУ, которые исследовали ИТ-специалистов двух компаний. Жизнестойкость, то есть способность человека выдерживать стрессовые ситуации без снижения успешности деятельности, в совокупности с внутренней положительной мотивацией формируют иммунитет к эмоциональному выгоранию специалиста в ИТ-сфере. Блокаторами стали интерес к работе и профессиональная удовлетворенность.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно