Синтез и физико-химическое исследование твердооксидных электролитных и электродных материалов для среднетемпературных топливных элементов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом совместной кристаллизации растворов азотнокислых солей синтезированы ксерогели и высокодисперсные мезопористые порошки в системах СeO2–Nd2O3 и Gd2O3–La2O3–SrO–Ni(Co)2O3–ä и на их основе получены нанокерамические материалы с кристаллической кубической структурой типа флюорита и орторомбической структурой типа перовскита с областью когерентного рассеяния ~55–88 нм (1300°С) соответственно. Изучены физико-химические свойства полученной керамики; выявлено, что она обладает открытой пористостью 7–11% для системы СeO2–Nd2O3 и 17–42% для системы Gd2O3–La2O3–SrO–Ni(Co)2O3–ä. Материалы на основе оксида церия обладают преимущественно ионным (числа переноса ионов ti = 0.71–0.89 в интервале 300–700°С) типом электропроводности, обусловленным образованием подвижных кислородных вакансий при гетеровалентном замещении Се4+ на Nd3+ (σ700°С = 0.31 × 10–2 См/см). Твердые растворы на основе кобальтита и никелата гадолиния обладают смешанной электронно-ионной проводимостью (σ700°С = 0.59 × 10–1 См/см) с числами переноса te = = 0.92–0.99, ti = 0.08–0.01. Показана перспективность использования полученных керамических материалов в качестве твердооксидных электролитов и электродов среднетемпературных топливных элементов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. В. Калинина

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tikhonov_p-a@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. Г. Полякова

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: tikhonov_p-a@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

С. В. Мякин

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет); Институт аналитического приборостроения РАН

Email: tikhonov_p-a@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Т. В. Хамова

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: tikhonov_p-a@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Л. Н. Ефимова

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: tikhonov_p-a@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. Ю. Кручинина

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)

Email: tikhonov_p-a@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Maric R., Mirshekari G. Solid oxide fuel cells from fundamental principles to complete system. CRC Press, 2021. 256 p.
  2. Пономарева А.А., Иванова А.Г., Шилова О.А. и др. // Физика и химия стекла. 2016. Т. 42. № 1. С. 7.
  3. Ponomareva A., Babushok V., Simonenko E. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2018. V. 87. № 1. P. 74. https://doi.org/10.1007/s10971-018-4712-0
  4. Galushko A.S., Panova G.G., Ivanova A.G. et al. // J. Ceram. Sci. Technol. 2017. V. 8. № 4. Р. 433. https://doi.org/10.4416/JCST2017-00041
  5. Pachauri Y.K., Chauhan R.P. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2015. V. 43. P. 1301. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.098
  6. Касьянова А.В., Тарутина Л.Р., Руденко А.О. и др. // Успехи химии. 2020. Т. 89. № 6. С. 667.
  7. Пикалова Е.Ю., Калинина Е.Г. // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 6. С. 703.
  8. Пальгуев С.Ф., Гильдерман В.К., Земцов В.И., Неуймин А.Д. Высокотемпературные оксидные электронные проводники для электрохимических устройств. М.: Наука, 1990. 196 с.
  9. SadykovV., Usoltsev V., Yeremeev N. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2013. V. 33. № 12. P. 2241. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2013.01.007
  10. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П. и др. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 5. С. 610.
  11. Истомин С.Я., Лысков Н.В., Мазо Г.Н. и др. // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 6. С. 644.
  12. Sadykov V.A., Pavlova S.N., Kharlamova T.S. et al. // Perovskites: structure, properties and uses. Nova Science Publishers, 2010. P. 67.
  13. Сальников В.В., Пикалова Е.Ю. // Физика тверд. тела. 2015. Т. 57. № 10. С. 1895.
  14. Moghadasi M., Li M., Ma C. et al. // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 10. P. 16966. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.280
  15. Fathy A., Wagih A., Abu-Oqail A. // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 2. P. 2319. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.10.147
  16. Li Z., He Q., Xia L. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 6. P. 4047. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.11.022
  17. Prasad D.H., Son J.W., Kim B.K. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28. P. 3107. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.05.021
  18. Fedorenko N.Yu., Mjakin S.V., Khamova T.V. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. P. 6245. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.11.165
  19. Коваленко А.С., Шилова О.А., Морозова Л.В. и др. // Физика и химия стекла. 2014. Т. 40. № 1. С. 135.
  20. Duran P., Villegas M., Capel F. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 1996. V. 16. P. 945. https://doi.org/10.1016/0955-2219(96)00015-5
  21. Шилова О.А., Антипов В.Н., Тихонов П.А. и др. // Физика и химия стекла. 2013. Т. 39. № 5. С. 803.
  22. Пивоварова А.П., Страхов В.И., Попов В.П. // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. № 19. С. 43.
  23. Гращенков Д.В., Балинова Ю.А., Тинякова Е.В. // Стекло и керамика. 2012. № 4. С. 32.
  24. Стрекаловский В.Н., Полежаев Ю.М., Пальгуев С.Ф. Оксиды с примесной разупорядоченностью: состав, структура, фазовые превращения. М.: Наука, 1987. 160 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты дифференциального термического анализа нанопорошка состава Gd0.4Sr0.1Co0.5O3, полученного методом совместной кристаллизации солей.

Скачать (95KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгенограммы нанопорошка (1, 600С) и керамического образца (2, 1300С) состава (СeO2)0.85(Nd2O3)0.15, синтезированного методом совместной кристаллизации солей церия и неодима.

Скачать (59KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рентгенограммы нанопорошка и керамики состава Gd0.25Sr0.25Co0.5O3– δ, обработанных при 900 (1) и 1200С (2).

Скачать (86KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микрофотографии керамики состава Gd0.25Sr0.25Co0.5O3– после обжига при 1200С при увеличении 240× (a) и 2000× (б).

Скачать (373KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Температурные зависимости удельной электропроводности керамических образцов со спекающей добавкой ZnO состава (СeO2)1–x(Nd2O3)x, где x = 0.15 (1); 0.10 (2); 0.20 (3); 0.05 (4); 0.25 (5).

Скачать (89KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Температурные зависимости удельной электропроводности керамических образцов состава Gd0.25Sr0.25Co0.5O3–δ (1), Gd0.4Sr0.1Co0.5O3–δ с комплексной добавкой (2), Gd0.25Sr0.25Co0.5O3–δ без добавки (3).

Скачать (86KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024