RU2050642C1 - Материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления - Google Patents
Материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления 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
Использование: в высокотемпературных электрохимических устройствах различного назначения: топливных элементах, кислородных насосах, электролизерах и газоанализаторах кислородсодержащих газов. Сущность изобретения: в материале, содержащем оксид двух- и/или трехвалентного кобальта, диоксид циркония и оксид металла, выбираемого из группы оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас. оксид кобальта 39,6 78,2 (в пересчете на кобальт); диоксид циркония 45 0,5; оксид металла остальное до 100% Способ изготовления материала включает смешение исходных ингредиентов, производимое методом химического соосаждения гидрооксидов из водных или спиртовых раствором солей, в частности алкоголятов, соответствующих металлов, их обжиг при температурах 450 900°С с последующим помолом порошка. Для формирования заготовок используются добавки, разлагающиеся с выделением газообразных продуктов при температуре на 10 200°С ниже температуры спекания материала, которое проводится при 1000 1450°С. При спекании в окислительной среде изделия могут дополнительно термообрабатываться в восстановительной атмосфере при температуре на 50 300°С выше их рабочей температуры. 2 с. и 8 з. п. ф-лы.
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.
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.
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.
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.
Недостатки известного материала являются его относительно высокая температура спекания и низкая электропроводность.
Недостатком известного способа получения материала является сложность достижения однородного распределения в материале составляющих его ингредиентов, особенно вводимых в малых количествах.
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.
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.
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.
(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.
В качестве исходных ингредиентов используются соединения, разлагающиеся с выделением газообразных продуктов при температуре на 10-200оС ниже температуры спекания материала.
Смешение производится методом химического соосаждения гидрооксидов из растворов солей соответствующих металлов.
В качестве растворителя соли взяты вода или спирт. В качестве соли используют алкоголяты соответствующих металлов.
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.
Обжиг проводят при температурах 450-900оС.
Формирование заготовок производится с использованием добавок, разлагающихся с выделением газообразных продуктов при температуре на 10-200оС ниже температуры спекания материала.
Спеченные в окислительной среде изделия дополнительно термообрабатываются в восстановительной атмосфере при температуре на 50-300оС выше их рабочей температуры.
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.
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).
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.
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.
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.
Claims (9)
1. Материал для высокотемпературных электрохимических устройств, содержащий диоксид циркония, оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, и добавку оксида металла, отличающийся тем, что в качестве добавки оксида металла использованы оксиды двухвалентного и/или трехвалентного кобальта при следующем соотношении ингредиентов, мас.
Оксид кобальта (в пересчете на кобальт) 39,6 78,2
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.
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.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве исходных ингредиентов используются соединения, разлагающиеся с выделением газообразных продуктов при температуре на 10 200oС ниже температуры спекания материала.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что смешение производится методом химического соосаждения гидрооксидов из растворов солей соответствующих металлов.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве растворителя соли взяты вода или спирт.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве соли используют алкоголяты соответствующих металлов.
7. Способ по п.2, отличающийся тем, что 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.
8. Способ по п.2, отличающийся тем, что обжиг проводят при 450 - 900oС.
9. Способ по п.2, отличающийся тем, что формирование заготовок производится с использованием добавок, разлагающихся с выделением газообразных продуктов при температуре на 10 200oС ниже температуры спекания материала.
10. Способ по п.2, отличающийся тем, что спеченный в окислительной атмосфере материал дополнительно термообрабатывают в восстановительной атмосфере при 900 1200oС.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9393034892A RU2050642C1 (ru) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | Материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9393034892A RU2050642C1 (ru) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | Материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93034892A RU93034892A (ru) | 1995-12-10 |
| RU2050642C1 true RU2050642C1 (ru) | 1995-12-20 |
Family
ID=20144541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9393034892A RU2050642C1 (ru) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | Материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2050642C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998021769A1 (fr) * | 1996-11-11 | 1998-05-22 | Gorina, Liliya Fedorovna | Mode de fabrication d'une pile isolee a combustible haute temperature et de ses composants: cathode, anode, passage de courant, couches d'isolation electrique et d'interface, et de l'electrolyte |
| RU2187578C2 (ru) * | 1996-05-07 | 2002-08-20 | Де Нора Элеттроди С.П.А. | Биполярная пластина для электролизеров типа фильтр-пресс |
| RU2280297C2 (ru) * | 2000-11-09 | 2006-07-20 | Трастиз Оф Дзе Юниверсити Оф Пенсильвания | Применение серосодержащих топлив для прямоокислительных топливных элементов |
| WO2007069939A3 (fr) * | 2005-12-16 | 2007-08-16 | Obshchestvo S Ogranichennoy Ot | Element tubulaire (variantes) pour batteries de dispositifs electrochimiques dote d'un electrolyte solide a couche mince, et son procede de fabrication |
| RU2394314C2 (ru) * | 2008-10-08 | 2010-07-10 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Электродный материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления |
-
1993
- 1993-07-02 RU RU9393034892A patent/RU2050642C1/ru 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 (ru) * | 1996-05-07 | 2002-08-20 | Де Нора Элеттроди С.П.А. | Биполярная пластина для электролизеров типа фильтр-пресс |
| WO1998021769A1 (fr) * | 1996-11-11 | 1998-05-22 | Gorina, Liliya Fedorovna | Mode de fabrication d'une pile isolee a combustible haute temperature et de ses composants: cathode, anode, passage de courant, couches d'isolation electrique et d'interface, et de l'electrolyte |
| US6875532B2 (en) | 1996-11-11 | 2005-04-05 | Liliya Fedorovna Gorina | Method for manufacturing a single high-temperature fuel cell and its components |
| RU2280297C2 (ru) * | 2000-11-09 | 2006-07-20 | Трастиз Оф Дзе Юниверсити Оф Пенсильвания | Применение серосодержащих топлив для прямоокислительных топливных элементов |
| WO2007069939A3 (fr) * | 2005-12-16 | 2007-08-16 | Obshchestvo S Ogranichennoy Ot | Element tubulaire (variantes) pour batteries de dispositifs electrochimiques dote d'un electrolyte solide a couche mince, et son procede de fabrication |
| RU2394314C2 (ru) * | 2008-10-08 | 2010-07-10 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Электродный материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8637209B2 (en) | Cathode and electrolyte materials for solid oxide fuel cells and ion transport membranes | |
| KR20090002895A (ko) | 연료 전지용 전극-전해질 복합체 분말 및 그 제조 방법 | |
| JP2007200693A (ja) | 固体酸化物型燃料電池材料の製造方法 | |
| Koc et al. | Liquid phase sintering of LaCrO3 | |
| Hu et al. | Oxide diffusion in innovative SOFC cathode materials | |
| Ren et al. | Toward stabilizing Co3O4 nanoparticles as an oxygen reduction reaction catalyst for intermediate-temperature SOFCs | |
| JP4524791B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| RU2050642C1 (ru) | Материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления | |
| Cheng et al. | Effects of Mg2+ addition on structure and electrical properties of gadolinium doped ceria electrolyte ceramics | |
| JP3121982B2 (ja) | 導電性セラミックス | |
| JP2016012550A (ja) | 固体酸化物型燃料電池の空気極、固体酸化物型燃料電池、及び固体酸化物型燃料電池の空気極の製造方法 | |
| JPH07267748A (ja) | 多孔質焼結体及びその製造方法 | |
| JP3121993B2 (ja) | 導電性セラミックスの製造方法 | |
| US5795502A (en) | Electrically conducting ceramics, process for producing the same and fuel cell using the ceramics | |
| KR20150114711A (ko) | 산소 분리막 | |
| RU2050641C1 (ru) | Твердый электролит и способ его изготовления | |
| RU2779630C1 (ru) | Электродный материал на основе никелата празеодима для электрохимических устройств | |
| JP3564535B2 (ja) | ペロブスカイト型結晶構造を持つランタン系複合酸化物高密度焼結体の製造方法 | |
| US20140127609A1 (en) | Methods for using novel cathode and electrolyte materials for solid oxide fuel cells and ion transport membranes | |
| JP3389407B2 (ja) | 導電性セラミックス及び燃料電池セル | |
| JP3325378B2 (ja) | 導電性セラミックス及びこれを用いた燃料電池セル | |
| KR101787811B1 (ko) | 전극의 제조방법, 이에 따라 제조된 전극 및 이를 포함하는 연료전지 | |
| Shaula et al. | Phase interaction and oxygen transport in oxide composite materials | |
| JPH0280360A (ja) | 機能性セラミックスの製造方法 | |
| JP3220320B2 (ja) | 燃料電池セルおよび導電性セラミックスの製造方法 |