Загрязнение окружающей среды и нехватка ресурсов заставляют мир искать новые способы получения энергии. Одно из перспективных решений — твердооксидные элементы (SOC), которые могут работать в двух режимах: как топливные элементы (вырабатывают электричество) и как электролизеры (производят водород). Но у них есть серьезные недостатки: они быстро изнашиваются из-за высоких температур (около 700 °C), хрупкие и плохо переносят перепады тепла.

Недавно появились две улучшенные версии — металлоподдерживаемые SOC (MS-SOC) и протонные керамические элементы (PCC). Их гибрид, MS-rPCC, сочетает прочность металла и эффективность керамики, работает при более низких температурах и устойчив к тепловым ударам. В режиме электролиза такой элемент не контактирует с паром напрямую, что продлевает срок его службы.

Протонный керамический элемент (PCC) — это устройство, где керамика проводит не электроны, а протоны (ядра водорода). В режиме топливного элемента он превращает водород в электричество, а в режиме электролиза — разлагает воду на водород и кислород.

Но создать MS-rPCC сложно. Обычно используют сталь, потому что она хорошо совместима с керамикой, но при высокотемпературном спекании она окисляется. Другие методы, вроде лазерного напыления, слишком дорогие. Кроме того, железо и марганец из стали проникают в керамику, ухудшая ее свойства. Никель мог бы стать альтернативой, но у него другой коэффициент теплового расширения, из-за чего при нагреве конструкция разрушается.

Группа ученых из Университета науки и техники Хуачжун предложила неожиданное решение: использовать чистый никель в качестве основы. Это исключает проблему диффузии железа и марганца. А чтобы компенсировать разницу в расширении материалов, они добавили промежуточный слой с особыми свойствами.

Результаты, опубликованные в издании Journal of Advanced Ceramics, впечатляют:

• В режиме топливного элемента при 650 °C мощность достигла 0,8 Вт/см².
• В режиме электролиза при 1,3 В и 3% влажности ток составил 1,25 А/см².
• Элемент выдержал 200 часов работы и 5 тепловых циклов с минимальной деградацией.

Но осталась проблема: при низких температурах воздушный электрод работает плохо. Сейчас ученые ищут для него более эффективный материал.

Этот прорыв может ускорить переход на водородную энергетику. Если такие элементы станут дешевле и надежнее, их можно будет использовать:

• В домашних энергосистемах (компактные генераторы + электролизеры).
• В промышленности для получения чистого водорода без огромных затрат.
• В транспорте — например, в водородных заправках.

Главное преимущество — долговечность. Если элемент выдерживает сотни циклов без поломок, это снизит стоимость энергии.

Исследование не решает ключевую проблему: зависимость от редких материалов. Например, многие PCC используют дорогие перовскиты. Если технология масштабируется, спрос на эти компоненты взлетит, что может сделать производство нерентабельным.

Ранее ученые сообщили о возможности получения солнечной энергии из атмосферы с помощью воздушного шара.