Исследование имеющихся на рынке сплавов и покрытий для строительства электростанций на водородном топливе с целью выявить среди них наиболее стойкие к воздействию водорода провели специалисты кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 15 мая сообщает пресс-служба вуза.

Бурное развитие водородной энергетики, происходящее в последнее время в связи с энергетическим переходом на возобновляемые источники энергии, создало насущную потребность в новых конструкционных материалах для строительства водородных электростанций и функциональных — для производства твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ).

При этом сжигание водорода дает почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо. Так, по сравнению с электростанцией, работающей на углеродном топливе и имеющей кпд от 33 до 35%, водородные топливные элементы обеспечат производительность до 65%.

Однако необходимые для их работы высокое давление и температуры до 1000 °C вызывают коррозию, оказывающую разрушительное действие на металлы, что приводит к снижению их механических свойств — прочности и пластичности.

Ученые ПНИПУ изучили современные функциональные материалы, используемые в производстве твердооксидных топливных элементов, работающих на водороде, способы получения таких материалов и результаты их применения. А также выполнили оценку степени развития технологии ТОТЭ с учетом мировых наработок.

Результаты проведенного исследования были представлены в статье «Обзор современных функциональных материалов, используемых в твердооксидных топливных элементах, работающих на водородном топливе», опубликованной в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология».

В своей статье ученые отмечают, что воздействие водорода на металлы вызывает процесс разрушения, называемый водородным охрупчиванием (водородной коррозией). Такой коррозии наиболее подвержены высокопрочные стали и сплавы титана.

Для защиты металлов от коррозии при высоких температурах и давлении создано большое количество покрытий, однако их защитные свойства в водородсодержащей среде еще недостаточно изучены.

Аспирантка кафедры «Химические технологии» Дарья Фомина рассказала о проделанной коллективом работе:

«Нами были рассмотрены свойства конструкционных и функциональных материалов, которые включают высокопрочные стали, стали с никелевым покрытием, алюминиевые сплавы, графен и стеклокерамические покрытия. Анализы и опыты показывают, что материалы на основе хрома и никеля имеют достаточно высокую стойкость к водороду как при обычных, так и при повышенных температурах. Кроме того, перспективно использование алюминиевых сплавов, которые могут применяться в авиационных конструкциях, для улучшения механических свойств и устойчивости к водороду».

Один из авторов статьи доктор технических наук, профессор кафедры «Химические технологии» Владимир Пойлов уточнил:

«Для повышения стойкости к водороду традиционные аустенитные стали легируют хромом, никелем, титаном и алюминием. Мы выяснили, что большую роль играет способ нанесения высокотемпературных покрытий. Для этого лучше использовать методы плазменного и магнетронного напыления пленок, а для получения низкотемпературных покрытий — гальванический и химический способы нанесения».

Исследование пермских ученых поможет при разработке отечественных технологий промышленного производства ТОТЭ и проектировании водородных электростанций.