Ученые Самарского политеха выявили почти 300 перспективных кислород-ионных проводников

Современный рынок электротехнических материалов нуждается в большем количестве твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Поэтому перед материаловедами стоит задача – найти новые соединения с высокой кислород-ионной проводимостью, которые могут быть использованы в качестве составляющих этих элементов. Научный коллектив Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) Самарского политеха установил порядка 270 неорганических соединений, представляющих интерес для электрохимических устройств. Среди них 46 соединений, ранее не изученных, могут выступать в качестве твердых электролитов. Результаты исследования опубликованы в журнале Solid StateIonics (DOI: 10.1016/j.ssi.2022.116142).

–Традиционно в качестве главного компонента для электролита большинства высокотемпературных ТОТЭ используются материалы на основе диоксида циркония. Однако для снижения рабочей температуры таких устройств и улучшения рабочих характеристик необходимы новые неорганические соединения с высокими показателями кислородной проводимости, – поясняет старший научный сотрудник МНИЦТМ Наталья Кабанова. – Особенно высоко ценятся ТОТЭ, не нуждающиеся в применении дорогостоящих катализаторов (благородных металлов) и характеризующиеся высокими КПД и степенью экологической безопасности.

В проведенном исследовании для теоретического изучения ионной проводимости в материалах использовался комплексный подход, включающий несколько методик. Так, проанализировав 271 наиболее перспективное кислород-ионное соединение, ученые отобрали 42 соединения и определили их как новые потенциальные кислород-ионные проводники. Дальнейшее квантово-механическое моделирование позволит оценить набор их свойств.

Результаты расчетов по всем известным и спрогнозированным ионпроводящим соединениям политеховцы заносят в созданную ими базу данных https://batterymaterials.info. Этот ресурс предоставляет открытый доступ к информации о структурных и электрохимических свойствах неорганических соединений, которые были экспериментально установлены или спрогнозированы при помощи теоретических расчетов.

Работа по поиску перспективных кислород-ионных проводников выполняется коллективом ученых МНИЦТМ (старшими научными сотрудниками Натальей Кабановой и Евгением Фроловым, младшим научным сотрудником Елизаветой Морховой и лаборантом-исследователем Александром Антонюком)  при поддержке фонда Российского научного фонда проект №22-23-00355.