В МИСиС разработали электрохимическую ячейку на основе углеродной ткани

Ученые НИТУ МИСиС (кафедра ФНСиВТМ) совместно с коллегами и российских вузов и Университета Нигерии разработали экономичную электрохимическую ячейку на основе углеродной ткани. Модули на основе таких ячеек предназначены для преобразования бросового, попутного тепла в электроэнергию. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Sustainability.

Альтернативные источники энергии - это одно из направлений по которым идет поиск возможностей сокращения загрязнений. Одна из таких возможностей - прямое преобразование в электроэнергию бросового тепла, которое возникает в самых разных процессах, связанных с техникой. Для использования тепла от источников с температурой до 100 С сейчас обычно применяют так называемые термоэлектрохимические ячейки (термоячейки).

В основе работы термоячеек лежит так называемый эффект Зеебика. Суть его в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает электродвижущая сила, если места контактов находятся при разных температурах. Проблемой остается низкая выходная мощность термоячеек и их низкий к.п.д., не превышающий единиц процента. Это существенно сужает область их применения.

Коллектив ученых из НИТУ МИСиС с их коллегами работают над повышением емкости и эффективности термоэлектрических ячеек. В частности, предложен переход от активно изучаемых электродов на основе углеродных нанотрубок к углеродным тканям, более дешевому материалу. Если грамм нанотрубок обходится примерно в 100 рублей, то грамм углеродной ткани - в 7.5 рублей. Ученые экспериментировали с комбинацией углеродного волокна и окислительно-восстановительного электролита на основе ферри- / ферроцианида калия. В частности, исследовалась конструкция ячейки с солевым мостиком и корпусом типа монетной ячейки. Было обнаружено, что модификация поверхности электродов титаном и оксидом титана может понизить внутреннее сопротивление ячейки на 3 порядка, что позволило поднять мощность до 25,2 мВт / м2, что соответствует КПД 1.37%. Это меньше, чем лучший мировой результат, который на сегодня составляет около 3%, но для этих трех процентов приходится использовать дорогостоящие массивы углеродных нанотрубок (nanoforest), декорированные игольчатыми наночастицами платины, что намного дороже.

Полученные ячейки способны работать неопределенно долго, их время жизни определяется старением основных компонентов. В планах ученых - попытаться еще более повысить мощность модулей, а также приступить к созданию опытных прототипов термоэлектрических преобразователей на основе разработки.

--