В Вятском государственном университете научились создавать специальные детали для герметизации — надежного уплотнения топливных элементов, которые при работе подвергаются воздействию очень высоких температур. Ученые решили эту задачу, создав уникальный филамент — материал из полимера и стекла.
Исследования в области герметизации твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) в ВятГУ вели уже несколько лет. ТОТЭ — это электрохимические устройства, преобразующие химическую энергию топлива в электрическую. Они применяются в разных сферах, в том числе в системах электрохимической защиты трубопроводов, на транспорте, устройствах совместной генерации тепла и электричества.
«Рабочая температура ТОТЭ составляет 700–850 °C, что затрудняет подбор материалов для герметизации таких устройств. Мы разработали уникальный стеклополимерный филамент, при помощи которого печатаем изделия на 3D-принтере, что значительно упрощает сборку ТОТЭ и увеличивает надежность соединений», — рассказала соавтор разработки, ведущий научный сотрудник центра компетенций «Полимерные материалы» ВятГУ Наиля Саетова.
Одним из преимуществ нового метода, в отличие от уже существующих, является прецизионная точность. Размеры отверстий интерконнекторов — деталей, которые обеспечивают межсетевое соединение, — должны строго соответствовать размерам топливных элементов, иначе герметизация не сработает.
Как отметила Наиля Саетова, новый филамент с высокой степенью наполнения (до 72%) обеспечивает высокую надежность сочленений.
«ТОТЭ работают в двойной атмосфере. Снаружи подается воздух, а внутри — водород. Предотвращение смешения этих газовых смесей является критически важным. Для этого мы применяем стекло. В процессе нагрева полимерная составляющая сгорает, оставляя стекло, обеспечивающее надежную герметизацию», — объяснила она.
Сейчас в ВятГУ уже разработана схема серийного изготовления изделий разных форм и размеров методом 3D-печати из стеклополимерных композиций с различной степенью наполнения, запатентованы составы стеклополимерных смесей.
Разработкой вятских ученых заинтересовались представители ведущих научных институтов и производств в области электрохимии, в частности Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, НИЦ «ТОПАЗ» и НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
