Ученые Дальневосточного федерального университета и Сахалинского государственного университета представили новый керамический материал, который может использоваться при создании элементов для водородной энергетики. О разработке ТАСС сообщили в Минобрнауки РФ. По оценке исследователей, применение такого материала способно повысить эффективность и долговечность оборудования, работающего в агрессивных средах.
В основе технологии лежит композит из карбида хрома с добавлением 10 процентов кобальта. Карбид хрома отличается высокой прочностью и устойчивостью к воздействию химически активных сред, что делает его перспективным для электродов. Ученые поставили задачу получить материал, который сочетал бы химическую активность, необходимую для протекания реакций, и одновременно сохранял устойчивость к разрушению.
Для этого команда использовала метод искрового плазменного спекания. Как пояснил научный сотрудник лаборатории ядерных технологий ДВФУ Олег Шичалин, мелкодисперсный порошок спрессовывают под высоким давлением, одновременно пропуская через него мощные электрические импульсы. За счет высокой температуры частицы быстро спекаются в монолит, при этом структура остается мелкозернистой и однородной. Эксперименты проводились при температурах от 1000 до 1200 градусов Цельсия, и изменение режима обработки позволило получать материалы с различными свойствами.
По словам Олега Шичалина, при температуре 1150–1200 градусов кобальт равномерно распределяется между частицами карбида хрома, заполняя пустоты. В результате формируется плотная структура практически без пор с очень высокой твердостью, сопоставимой с некоторыми видами броневой стали. Такой вариант отличается также повышенной коррозионной стойкостью и рассчитан на длительную эксплуатацию.
Образцы, спеченные при более низкой температуре около 1000 градусов, показали иные характеристики. Их твердость оказалась ниже, однако они продемонстрировали высокую электрохимическую активность. За счет микропористости и особенностей кристаллической решетки увеличивается площадь активной поверхности, что ускоряет химические реакции, в том числе реакцию выделения водорода. Это делает материал перспективным для нанесения активных покрытий на электроды.
Исследователи считают, что полученные данные позволяют варьировать свойства материала в зависимости от задач. Более прочная модификация может использоваться для защиты деталей и корпусов, работающих в морской воде и других агрессивных средах. Более активная — для топливных элементов и электролизеров. Также рассматривается возможность создания градиентных конструкций, где одна зона будет отвечать за реакционную активность, а другая — за механическую прочность.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, в том числе в рамках программы развития Инжинирингового центра ДВФУ «Материалы и технологии для Мирового океана и Арктики». Итоги исследования опубликованы в международном журнале International Journal of Hydrogen Energy.
