В СПбПУ разработали новое антикоррозионное покрытие для водородной энергетики
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно