Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Сахалинского государственного университета (СахГУ) создали новый керамический материал, который может послужить базой для производства более производительных и надежных компонентов водородной энергетики. Благодаря спеканию карбида хрома с кобальтом, исследователям удалось контролировать характеристики материала, обеспечивая либо высокую активность для генерации энергии, либо исключительную прочность для продолжительной эксплуатации. О результатах работы опубликовано в престижном международном научном издании International Journal of Hydrogen Energy.
В настоящее время научные исследования направлены на то, чтобы сделать водородную энергетику более доступной и надёжной. Ключевая проблема заключается в поиске материалов для электродов, которые должны обладать химической активностью, обеспечивать эффективное протекание реакции и сохранять устойчивость в агрессивной среде. В качестве решения ученые предложили композиционный материал, основу которого составляет карбид хрома – прочное и долговечное керамическое соединение, дополненный 10% кобальта.
«При создании нового материала команда использовала метод искрового плазменного спекания. Суть этого метода заключается в том, что очень мелкий порошок подвергается прессованию под высоким давлением и одновременному воздействию мощных электрических импульсов. Благодаря высокой температуре искры частицы порошка спекаются, формируя монолитную структуру. При этом процесс происходит достаточно быстро, что позволяет сохранить мелкозернистую и однородную структуру материала. В ходе эксперимента мы спекали образцы в диапазоне температур от 1000 до 1200 градусов Цельсия. И тогда мы выявили интересную закономерность: изменение температуры позволяет получать материал с существенно отличающимися характеристиками », — по словам кандидата химических наук, научного сотрудника лаборатории ядерных технологий ДВФУ Олег Шичалин.
Идеальный температурный диапазон составляет 1150–1200 градусов. Обработка в указанном температурном режиме обеспечивает равномерное распределение кобальта между частицами карбида хрома, заполняя все доступные пустоты. Это приводит к формированию материала с чрезвычайно высокой плотностью и минимальным количеством пор, обладающего исключительной твердостью – приблизительно 1500 единиц по Виккерсу. Подобный показатель лишь незначительно уступает твердости некоторых марок броневой стали, при этом материал демонстрирует устойчивость к коррозии. Такая характеристика делает его отличным выбором для изготовления деталей, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях и рассчитанных на длительный срок службы.
«Самое интересное произошло с образцами, которые спекали при более низкой температуре около 1000 градусов. Их твердость была ниже, зато они проявили невероятно высокую электрохимическую активность. Благодаря остаточной микропористости и особенностям кристаллической решетки такой материал имеет огромную площадь активной поверхности. Это значит, что на нем гораздо легче и быстрее протекают химические реакции, например, реакция выделения водорода, что делает его идеальным кандидатом для покрытий электродов, где главное — эффективность и скорость реакции », — комментирует Олег Шичалин.
Ученые утверждают, что полученные результаты предоставляют значительные возможности для разработки новых инженерных решений. Материал, подвергнутый спеканию при температуре 1000 градусов, может быть использован в качестве активного слоя на электродах топливных элементов и электролизеров, что позволит повысить их эффективность. Вариант, спеченный при 1200 градусах, будет более подходящим для защиты корпусов приборов и деталей, эксплуатируемых в морской воде и агрессивных средах, поскольку он обеспечивает надежную антикоррозионную защиту и высокую механическую стойкость. Кроме того, исследователи считают возможным создание градиентных материалов, в которых различные зоны будут выполнять разные функции: одна обеспечит высокую активность, а другая – прочность.
«По сути, у нас есть возможность адаптировать материал к конкретным требованиям », — отмечают ученые.
Работа была проведена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, включая реализацию программы развития Инжинирингового центра ДВФУ, специализирующегося на разработке материалов и технологий для Мирового океана и Арктики».
Ссылка на оригинальную статью: Shichalin O.O. и соавт. Получение электрохимически активных керамических материалов Cr3C2–10%Co методом искрового плазменного спекания для перспективных энергетических приложений. International Journal of Hydrogen Energy, 2026. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2026.154060
Сообщение поступило из пресс-службы Дальневосточного федерального университета