RU2050642C1 - Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production - Google Patents
Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2050642C1 RU2050642C1 RU9393034892A RU93034892A RU2050642C1 RU 2050642 C1 RU2050642 C1 RU 2050642C1 RU 9393034892 A RU9393034892 A RU 9393034892A RU 93034892 A RU93034892 A RU 93034892A RU 2050642 C1 RU2050642 C1 RU 2050642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- oxide
- cobalt
- carried out
- metal oxide
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 11
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 4
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000001869 cobalt compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017563 LaCrO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000877463 Lanio Species 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007926 ZrCl Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- -1 carbonate compound Chemical class 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам преимущественно с твердооксидным электролитом и может быть использовано в производстве топливных элементов, кислородных насосов, электролизеров и газоанализаторов кислородсодержащих газов и других высокотемпературных устройств. The invention relates to high-temperature electrochemical devices mainly with solid oxide electrolyte and can be used in the manufacture of fuel cells, oxygen pumps, electrolyzers and gas analyzers of oxygen-containing gases and other high-temperature devices.
Известен материал для высокотемпературных электрохимических устройств (ВЭУ) на основе LaCrO3 с добавками элементов, выбранных из группы Ca, Sr, Co, Ba, Mg или их смеси [1, 2] Материал преимущественно используется для изготовления коммутационных и газоразделительных элементов ВЭУ, а также электродов, работающих в окислительных средах.Known material for high-temperature electrochemical devices (wind turbines) based on LaCrO 3 with additives of elements selected from the group Ca, Sr, Co, Ba, Mg or mixtures thereof [1, 2] The material is mainly used for the manufacture of switching and gas separation elements of wind turbines electrodes operating in oxidizing environments.
Электроды для окислительных сред изготавливаются также из материала, выбираемого из группы LaMnO3, CaMnO3, LaNiO3, LaCoO3 [3]
Для восстановительных сред известен керметный электрод, состоящий из металлических частиц, выбранных из групп никель, кобальт, железо или их смеси, стабилизированного иттрием диоксида циркония в кубической модификации и добавки оксидов металлов, выбранных из группы празеодим, диспрозий, тербий или их смеси [4]
В качестве материала для изготовления конструкционных элементов ВЭУ предлагаются многокомпонентные оксидные композиции, содержащие наряду с Zr, La, Mn редкоземельные или щелочноземельные элементы и металлы из группы Fe, Ni, Co [5]
Наиболее близким к изобретению является материал, содержащий диоксид циркония, оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, и добавку оксида металла [6]
Известен способ получения материала, заключающийся в создании скелетного слоя из LaCrO3, напылении на него кислородного, нитратного или карбонатного соединения элемента, выбранного из группы Ca, Sr, Co, Ba, Mg или их смеси, спекании при температуре 1300-1450оС в течение 0,5-2 ч и последующем отжиге при 1100-1400оС в течение 1-12 ч [2]
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления оксидного материала, заключающийся в следующем [7] Взятые в требуемом соотношении оксид циркония, оксид иттрия и оксид кобальта СоО перемешиваются, обжигаются при 1000оС, после чего снова размалываются. Из полученного порошка формируются заготовки, которые спекаются на воздухе при температуре 1500-1550оС.Electrodes for oxidizing media are also made from a material selected from the group LaMnO 3 , CaMnO 3 , LaNiO 3 , LaCoO 3 [3]
For reducing media, a cermet electrode is known, consisting of metal particles selected from the groups nickel, cobalt, iron or a mixture thereof stabilized with yttrium zirconia in cubic modification and additives of metal oxides selected from the group of praseodymium, dysprosium, terbium or a mixture thereof [4]
As a material for the manufacture of structural elements of wind turbines, multicomponent oxide compositions are proposed that contain, along with Zr, La, Mn, rare-earth or alkaline-earth elements and metals from the group Fe, Ni, Co [5]
Closest to the invention is a material containing zirconium dioxide, a metal oxide selected from the group consisting of calcium oxide, magnesium oxide, rare earth oxides or a mixture thereof, and an addition of metal oxide [6]
A method of producing a material comprising a skeletal layer of creating LaCrO 3, the deposition on it of oxygen, nitrate or carbonate compound of an element selected from the group Ca, Sr, Co, Ba, Mg or mixtures thereof, at a sintering temperature of 1300-1450 C. for 0.5-2 h and subsequent annealing at 1100-1400 ° C for 1-12 h [2]
Closest to the proposed is a method of manufacturing an oxide material, which is as follows [7] Taken in the required ratio, zirconium oxide, yttrium oxide and cobalt oxide CoO are mixed, calcined at 1000 about C, and then again milled. Preforms are formed from the obtained powder, which are sintered in air at a temperature of 1500-1550 о С.
Недостатки известного материала являются его относительно высокая температура спекания и низкая электропроводность. The disadvantages of the known material are its relatively high sintering temperature and low electrical conductivity.
Недостатком известного способа получения материала является сложность достижения однородного распределения в материале составляющих его ингредиентов, особенно вводимых в малых количествах. The disadvantage of this method of obtaining material is the difficulty of achieving a uniform distribution in the material of its constituent ingredients, especially those introduced in small quantities.
Задачей изобретения является создание материала для высокотемпературных устройств, обладающего пониженной температурой спекания, высокой электропроводностью и стойкостью в окислительных и восстановительных средах, управление пористостью спеченного материала, повышение однородности его химического состава. The objective of the invention is the creation of material for high-temperature devices with a low sintering temperature, high electrical conductivity and resistance in oxidizing and reducing environments, control the porosity of the sintered material, increasing the uniformity of its chemical composition.
Указанный технический результат достигается тем, что в материале, содержащем диоксид циркония, оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, и добавку оксида металла, в качестве добавки оксида металла использованы оксиды двухвалентного и/или трехвалентного кобальта при следующем соотношении ингредиентов, мас. The specified technical result is achieved by the fact that in the material containing zirconium dioxide, a metal oxide selected from the group consisting of calcium oxide, magnesium oxide, rare earth oxides or a mixture thereof, and a metal oxide additive, divalent and / or oxides are used as a metal oxide additive or trivalent cobalt in the following ratio of ingredients, wt.
Оксид кобальта 39,6-78,2
(в пересчете
на кобальт)
Диоксид циркония 45-0,5
Оксид металла Остальное до 100% а также тем, что по способу изготовления материала, включающему смешение исходных ингредиентов, содержащих соединения кобальта, циркония и металла из группы кальций, магний, редкоземельные элементы или их смесь, обжиг, помол, формирование заготовок изделия, спекание, спекание изделий производится при температуре 1000-1450оС в нейтральной или окислительной атмосфере.Cobalt oxide 39.6-78.2
(in terms of
on cobalt)
Zirconium dioxide 45-0.5
Metal oxide The rest is up to 100% and also by the fact that according to the method of manufacturing the material, comprising mixing the starting ingredients containing compounds of cobalt, zirconium and a metal from the group of calcium, magnesium, rare earth elements or a mixture thereof, firing, grinding, forming product blanks, sintering, sintering product produced at a temperature of 1000-1450 C in a neutral or oxidizing atmosphere.
В качестве исходных ингредиентов используются соединения, разлагающиеся с выделением газообразных продуктов при температуре на 10-200оС ниже температуры спекания материала.The ingredients are used as starting compounds that decompose with evolution of gaseous products at a temperature of 10-200 ° C below the sintering temperature of the material.
Смешение производится методом химического соосаждения гидрооксидов из растворов солей соответствующих металлов. Mixing is carried out by chemical coprecipitation of hydroxides from solutions of salts of the corresponding metals.
В качестве растворителя соли взяты вода или спирт. В качестве соли используют алкоголяты соответствующих металлов. As a solvent for the salt, water or alcohol was taken. The salts used are the alkoxides of the corresponding metals.
Смешение ингредиентов производится с использованием соединений кобальта и предварительно смешанных и обожженных до образования кубического или тетрагонального твердого раствора диоксида циркония и оксида металла, выбранного из группы кальций, магний, редкоземельные элементы или их смеси. The ingredients are mixed using cobalt compounds and pre-mixed and calcined to form a cubic or tetragonal solid solution of zirconium dioxide and metal oxide selected from the group of calcium, magnesium, rare earth elements or mixtures thereof.
Обжиг проводят при температурах 450-900оС.Firing is carried out at temperatures of 450-900 about C.
Формирование заготовок производится с использованием добавок, разлагающихся с выделением газообразных продуктов при температуре на 10-200оС ниже температуры спекания материала.Formation of preforms produced using additives which decompose with evolution of gaseous products at a temperature of 10-200 ° C below the sintering temperature of the material.
Спеченные в окислительной среде изделия дополнительно термообрабатываются в восстановительной атмосфере при температуре на 50-300оС выше их рабочей температуры.The sintered product in an oxidizing medium further heat-treated in a reducing atmosphere at a temperature of 50-300 ° C above their operating temperatures.
П р и м е р 1. Соли ZrCl4, MgCl2 и CoCl2 берут в количествах 46,4 мас. 6 мас. и 47,6 мас. соответственно. Указанные хлориды растворяют в воде. Из раствора осаждают смесь гидроксидов с помощью аммиака при рН 6-7. Осадок прокаливают при 600оС и размалывают в планетарной мельнице в течение 1 ч. Из полученного порошка формируют конструкционные элементы ВЭУ, которые спекают до газоплотного состояния при температуре 1450оС в течение 1 ч на воздухе.PRI me R 1. Salts ZrCl 4 , MgCl 2 and CoCl 2 take in quantities of 46.4 wt. 6 wt. and 47.6 wt. respectively. These chlorides are dissolved in water. A mixture of hydroxides is precipitated from the solution with ammonia at pH 6-7. The pellet was calcined at 600 ° C and milled in a planetary mill for 1 hour. The wind turbine structural elements formed from the obtained powder, which is sintered to gas-tight condition at 1450 ° C for 1 hour in air.
П р и м е р 2. Оксид циркония, оксид скандия берут в количествах 87 мас. и 11,73 мас. соответственно. Указанные оксиды смешивают в планетарной мельнице в течение 2 ч, а затем обжигают при 900оС в течение 4 ч. Полученный порошок оксида циркония, стабилизированного оксидом скандия, и соль CoS берут в соотношении 99,55 мас. и 0,45 мас. соответственно. Указанные ингредиенты смешивают в планетарной мельнице в течение 3 ч. Из полученного порошка приготовляется шликерная масса, содержащая дополнительно 7%-ный раствор каучука в бензине, при весовом соотношении порошок раствор 1:0,8. Шликерная масса формируется в форме пленки толщиной 0,3 мм, из которой вырубают коммутационные пластины ВЭУ, которые спекаются при температуре 1200оС в течение 1 ч в печи с нейтральной или слабо окислительной средой. После спекания в материале обеспечивается следующее соотношение ингредиентов, мас. диоксид циркония 0,5; оксид скандия 0,05; оксид СоО 99,45 (в пересчете на кобальт 78,2).PRI me R 2. Zirconium oxide, scandium oxide are taken in quantities of 87 wt. and 11.73 wt. respectively. These oxides are mixed in a planetary mill for 2 hours, and then calcined at 900 about C for 4 hours. The obtained powder of scandium oxide stabilized zirconium oxide and the CoS salt are taken in the ratio of 99.55 wt. and 0.45 wt. respectively. These ingredients are mixed in a planetary mill for 3 hours. A slip mass is prepared from the resulting powder, containing an additional 7% solution of rubber in gasoline, with a weight ratio of 1: 0.8 solution to powder. Slip mass is formed in the form of a film 0.3 mm thick, from which punched plate switching multiplier which are sintered at 1200 C for 1 hour in an oven with a neutral or weakly oxidizing medium. After sintering, the following ratio of ingredients, wt. zirconium dioxide 0.5; scandium oxide 0.05; CoO oxide 99.45 (in terms of cobalt 78.2).
П р и м е р 3. Соли Zr(OC2H5)4, Y(OC2H5)4, Co(OC2H5)4 берут в количествах 19,3 мас. 1,1 мас. и 79,6 мас. соответственно. Приготавливают спиртовой раствор алкоголятов циркония, иттербия, кобальта. Из раствора осаждают смесь гидроксидов с помощью аммиака при рН 7-8. Осадок прокаливают при 450оС. В полученный порошок вводится Yb(SO4)3 в количестве 0,62 мас. и проводится помол в планетарной мельнице в течение 1 ч. Из полученного порошка приготовляется шликерная масса, содержащая дополнительно 5%-ный раствор канифоли в спирте, при весовом соотношении порошок раствор 1:1. Шликерная масса методом окрашивания наносится на газоплотную мембрану электролита и спекается на воздухе при температуре 1000оС в течение 2 ч, после чего электрод дополнительно термообрабатывается в атмосфере влажного (5% воды) водорода в течение 30 мин при температуре 950оС.PRI me R 3. Salts Zr (OC 2 H 5 ) 4 , Y (OC 2 H 5 ) 4 , Co (OC 2 H 5 ) 4 take in quantities of 19.3 wt. 1.1 wt. and 79.6 wt. respectively. An alcohol solution of zirconium, ytterbium, cobalt alcoholates is prepared. A mixture of hydroxides is precipitated from the solution with ammonia at pH 7-8. The pellet was calcined at 450 C. The resulting powder is introduced Yb (SO 4) 3 in an amount of 0.62 wt. and grinding is carried out in a planetary mill for 1 hour. A slip mass is prepared from the obtained powder, containing an additional 5% solution of rosin in alcohol, with a weight ratio of 1: 1 solution to powder. Slip mass dyeing method is applied to a gas-tight membrane electrolyte and is sintered in air at 1000 C for 2 hours, after which the electrode further heat treated in a moist atmosphere (5% water) of hydrogen for 30 minutes at a temperature of 950 ° C.
Предлагаемые диапазоны соотношения ингредиентов материала и приемы выполнения способа найдены импирическим путем: их соблюдение позволяет создать универсальный материал, пригодный для изготовления конструкционных элементов, токопроходов и газоразделительных слоев, а также электродов ВЭУ, работоспособных в окислительных и восстановительных средах. При этом удается снизить до 1000-1450оС температуру спекания материала, повысить в несколько раз его электропроводность (при Т=900оС на воздухе до 5-10 (Ом ˙ см)-1, во влажном водороде до 80-100 (Ом ˙ см)-1; согласовать КТР материала и стабилизированного диоксида циркония и создавать на их основе узлы с хорошими термомеханическими свойствами (многослойные пленочные структуры без видимых изменений выдерживают 50 термоциклов нагрева охлаждения от комнатной температуры до 900оС за 2 ч); управлять пористостью получаемых материалов и получать высокие плотности тока на электрод электролитных узлах в восстановительной и окислительной средах как при катодной, так и при анодной поляризациях (на отдельных образцах в кратковременных режимах получены плотности тока 2-5 А/см2, а для анодной поляризации на воздухе достигнута плотность тока 12 А/см2); создавать конструкционные изделия с хорошими механическими свойствами.The proposed ranges of the ratio of the ingredients of the material and the methods of performing the method were found empirically: their observance allows you to create a universal material suitable for the manufacture of structural elements, current passages and gas separation layers, as well as wind turbine electrodes that are operable in oxidizing and reducing environments. When this can be reduced to 1000-1450 C of sintering temperature of the material to increase its conductivity time (at T = 900 ° C in air to 5-10 (˙ ohm cm) -1 in wet hydrogen to 80-100 (ohm ˙ cm) -1; align CTE material and the stabilized zirconia and 50 to create stand cooling thermal cycles of heating from room temperature to 900 ° C for 2 hours on their base units with high thermomechanical properties (multilayer film structures without a visible change) to control porosity obtained materials and get high pl tnosti current to the electrolyte electrode assemblies in the reducing and oxidizing environments as in the cathodic and anodic polarizations (in separate samples to transient modes obtained current density of 2-5 A / cm 2, and for air anodic polarization current density reached 12 A / cm 2 ); to create structural products with good mechanical properties.
Выбранный диапазон концентраций Со обусловлен также тем, что электропроводность материала снижается как при больших, так и при меньших концентрациях Со. Синтез с использованием соосаждения или предварительно стабилизированого диоксида циркония улучшает однородность химического состава материала. Введение в материал ингредиентов, разлагающихся при термообработке с выделением газообразных продуктов, позволяет повысить пористость материала, а для электродов их электрохимическую активность. The selected range of Co concentrations is also due to the fact that the electrical conductivity of the material decreases both at large and at lower Co concentrations. Synthesis using coprecipitation or pre-stabilized zirconia improves the uniformity of the chemical composition of the material. The introduction into the material of the ingredients that decompose during heat treatment with the release of gaseous products makes it possible to increase the porosity of the material, and for electrodes their electrochemical activity.
Claims (9)
Диоксид циркония 45,0 0,5
Диоксид металла Остальное
2. Способ изготовления материала, для высокотемпературных электрохимических устройств исходных компонентов, содержащих соединения кобальта, циркония и металла из группы: кальция, магний, редкоземельные элементы, или их смесь, обжиг и помол порошка, формирование заготовок, спекание материала, отличающийся тем, что спекание изделий производится при 1000 1450oС в нейтральной или окислительной атмосфере.Cobalt oxide (in terms of cobalt) 39.6 78.2
Zirconia 45.0 0.5
Metal dioxide else
2. A method of manufacturing a material for high-temperature electrochemical devices of the starting components containing compounds of cobalt, zirconium and a metal from the group: calcium, magnesium, rare earth elements, or a mixture thereof, roasting and grinding the powder, forming blanks, sintering material, characterized in that the sintering products manufactured at 1000 to 1450 o C in a neutral or oxidizing atmosphere.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9393034892A RU2050642C1 (en) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9393034892A RU2050642C1 (en) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93034892A RU93034892A (en) | 1995-12-10 |
| RU2050642C1 true RU2050642C1 (en) | 1995-12-20 |
Family
ID=20144541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9393034892A RU2050642C1 (en) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2050642C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998021769A1 (en) * | 1996-11-11 | 1998-05-22 | Gorina, Liliya Fedorovna | Method for manufacturing a single unit high temperature fuel cell and its components: a cathode, an electrolyte, an anode, a current conductor, and interface and insulating layers |
| RU2187578C2 (en) * | 1996-05-07 | 2002-08-20 | Де Нора Элеттроди С.П.А. | Bipolar plate for electrolyzer of filter-press type |
| RU2280297C2 (en) * | 2000-11-09 | 2006-07-20 | Трастиз Оф Дзе Юниверсити Оф Пенсильвания | Using sulfur-containing fuels for directly oxidizing fuel cells |
| WO2007069939A3 (en) * | 2005-12-16 | 2007-08-16 | Obshchestvo S Ogranichennoy Ot | Tubular element (variants) for electrochemical device batteries provided with a thin-layer solid electrolyte and a method for the production thereof |
| RU2394314C2 (en) * | 2008-10-08 | 2010-07-10 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Electrode material for high-temperature electrochemical devices and method of its fabrication |
-
1993
- 1993-07-02 RU RU9393034892A patent/RU2050642C1/en active
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| 1. Патент США N 4631238, кл. H 01M 8/12, 1986. * |
| 2. Патент США N 4895576, кл. H 01M 6/00, 1990. * |
| 3. Патент США N 4888254, кл. H 01M 8/10, 1989. * |
| 4. Патент США N 4767518, кл. G 01M 27/46, 1988. * |
| 5. Патент США N 4596750, кл. H 01M 8/12, 1986. * |
| 6. Патент США N 4052532, кл. H 01M 8/10, 1977. * |
| 7. Труды института электрохимии УФ АН СССР, вып. 12, 1969, с.92-113. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2187578C2 (en) * | 1996-05-07 | 2002-08-20 | Де Нора Элеттроди С.П.А. | Bipolar plate for electrolyzer of filter-press type |
| WO1998021769A1 (en) * | 1996-11-11 | 1998-05-22 | Gorina, Liliya Fedorovna | Method for manufacturing a single unit high temperature fuel cell and its components: a cathode, an electrolyte, an anode, a current conductor, and interface and insulating layers |
| US6875532B2 (en) | 1996-11-11 | 2005-04-05 | Liliya Fedorovna Gorina | Method for manufacturing a single high-temperature fuel cell and its components |
| RU2280297C2 (en) * | 2000-11-09 | 2006-07-20 | Трастиз Оф Дзе Юниверсити Оф Пенсильвания | Using sulfur-containing fuels for directly oxidizing fuel cells |
| WO2007069939A3 (en) * | 2005-12-16 | 2007-08-16 | Obshchestvo S Ogranichennoy Ot | Tubular element (variants) for electrochemical device batteries provided with a thin-layer solid electrolyte and a method for the production thereof |
| RU2394314C2 (en) * | 2008-10-08 | 2010-07-10 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Electrode material for high-temperature electrochemical devices and method of its fabrication |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8637209B2 (en) | Cathode and electrolyte materials for solid oxide fuel cells and ion transport membranes | |
| KR20090002895A (en) | Electrode-electrolyte composite powder for fuel cell and manufacturing method thereof | |
| JP2007200693A (en) | Method for producing solid oxide fuel cell material | |
| Koc et al. | Liquid phase sintering of LaCrO3 | |
| Hu et al. | Oxide diffusion in innovative SOFC cathode materials | |
| JP4524791B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| RU2050642C1 (en) | Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production | |
| Cheng et al. | Effects of Mg2+ addition on structure and electrical properties of gadolinium doped ceria electrolyte ceramics | |
| JP3121982B2 (en) | Conductive ceramics | |
| JP2016012550A (en) | Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method for manufacturing solid oxide fuel cell air electrode | |
| JP3121993B2 (en) | Method for producing conductive ceramics | |
| US5795502A (en) | Electrically conducting ceramics, process for producing the same and fuel cell using the ceramics | |
| KR20150114711A (en) | Membrane for oxygen separation | |
| US9236615B2 (en) | Methods for using novel cathode and electrolyte materials for solid oxide fuel cells and ion transport membranes | |
| RU2050641C1 (en) | Solid electrolyte and process of its manufacture | |
| RU2779630C1 (en) | Electrode material based on praseodymium nickelate for electrochemical devices | |
| JP3564535B2 (en) | Method for producing high-density sintered lanthanum-based composite oxide having perovskite-type crystal structure | |
| JP3389407B2 (en) | Conductive ceramics and fuel cells | |
| Nesaraj et al. | Investigations on chemical interactions between alternate cathodes and lanthanum gallate electrolyte for intermediate temperature solid oxide fuel cell (ITSOFC) | |
| JP3325378B2 (en) | Conductive ceramics and fuel cell using the same | |
| KR101787811B1 (en) | Method of manufacturing electrode, electrode manufactured by the method and fuel cell comprising the same | |
| Shaula et al. | Phase interaction and oxygen transport in oxide composite materials | |
| JPH0280360A (en) | Manufacturing method of functional ceramics | |
| JP3220320B2 (en) | Fuel cell and method for producing conductive ceramics | |
| JPH07277848A (en) | Porous sintered compact, heat resistant electrode and solid electrolyte type fuel cell |