Материалы твердооксидных электролизных ячеек для электролиза H2O и CO2: обзор

Для обеспечения устойчивого энергоснабжения срочно необходимы надежные и экономичные технологии хранения энергии. H2 является энергоносителем, который можно экологически безопасно получать с использованием возобновляемой электроэнергии путем расщепления H2O в электрохимических ячейках. Таким образом, электрическая энергия накапливается в форме химической энергии H2, причем хранение может осуществляться в крупном масштабе и экономично. Среди электрохимических технологий электролиза H2O твердооксидные электролизные ячейки (SOEC), работающие при температурах выше 500 °C, обладают преимуществами высокой эффективности преобразования энергии и экономической целесообразности. Помимо электролиза H2O, SOEC могут применяться для электролиза CO2 и совместного электролиза H2O–CO2 с целью получения продуктов химической промышленности с высокой добавленной стоимостью и значительной экономической и экологической значимостью. Однако технология SOEC еще не полностью готова к коммерческому внедрению из-за ограничений, связанных с материалами ключевых компонентов, таких как электролиты, воздушные и топливные электроды. Хорошо известно, что реакции в SOEC в принципе обратны реакциям в твердооксидных топливных элементах (SOFC). В настоящее время материалы компонентов SOEC заимствуются из материалов, используемых в SOFC. Однако проблемы стабильности характеристик этих материалов очевидны, и их необходимо преодолеть путем разработки материалов с учетом специфических требований SOEC. Ключевые вопросы, рассмотренные в данном обзоре, включают критически важные материалы SOEC и их оптимизацию, деградацию материалов и способы ее предотвращения, перспективные направления исследований и проблемы коммерциализации с позиций как традиционных SOEC, проводящих ионы O2−, так и SOEC, проводящих протоны H+. Можно обоснованно считать, что электролиз H2O и/или CO2 с использованием SOEC представляет собой жизнеспособное решение для будущего хранения и преобразования энергии.