RU2749669C1 - Электродный материал для электрохимических устройств - Google Patents
Электродный материал для электрохимических устройств Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749669C1 RU2749669C1 RU2020142737A RU2020142737A RU2749669C1 RU 2749669 C1 RU2749669 C1 RU 2749669C1 RU 2020142737 A RU2020142737 A RU 2020142737A RU 2020142737 A RU2020142737 A RU 2020142737A RU 2749669 C1 RU2749669 C1 RU 2749669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- praseodymium
- proton
- zirconates
- electrochemical devices
- barium cerate
- Prior art date
Links
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 150000001213 Praseodymium Chemical class 0.000 claims 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 15
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000012078 proton-conducting electrolyte Substances 0.000 abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 208000012274 Laryngotracheoesophageal cleft Diseases 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEFGHVQACKIFMS-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid;nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O.OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O XEFGHVQACKIFMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150058765 BACE1 gene Proteins 0.000 description 1
- VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N Cu+ Chemical compound [Cu+] VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical class [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for 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
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электродным материалам на основе никелита празеодима, которые могут быть использованы в среднетемпературных электрохимических устройствах, таких как твердооксидные топливные элементы, электролизеры, сенсоры и других на основе протонпроводящих электролитов, принадлежащих семейству церато-цирконатов бария. Материал содержит никелит празеодима, модифицированный медью, и имеет состав Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ, и характеризуется снижением температуры припекания к протонпроводящему электролиту на основе церато-цирконатов бария, что является техническим результатом изобретения. Модифицирование никелита празеодима медью также способствует улучшению адгезии с протонопроводящим электролитом на основе церато-цирконатов бария. 3 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к электродным материалам на основе никелита празеодима, которые могут быть использованы в среднетемпературных электрохимических устройствах, таких как твердооксидные топливные элементы, электролизеры, сенсоры и других на основе протонпроводящих электролитов, принадлежащих семейству церато-цирконатов бария.
Известны результаты исследования свойств электродного материала состава La2Ni0.9Cu0.1O4+δ, полученного модифицированием исходного материала состава La 2NiO4+δ медью [1]. Установлено, что полученный таким образом материал имеет высокую температуру припекания к протонпроводящим электролитам на основе церато-цирконатов бария.
Известен электродный материал на основе никелита празеодима состава Pr2NiO4+δ, обладающий высокой электропроводностью (70 См·см-1 при 600 °С) и приемлимым для электрохимических устройств значением ТЛКР [2]. При этом из публикации [2] следует, что значение поляризационного сопротивления, которое относится к одной из основных характеристик материала, применяемого в качестве катода в твердооксидных топливных элементах, а также величина температуры припекания к протонпроводящим электролитам на основе церато-цирконатов бария, не определены.
Задача настоящего изобретения состоит в разработке электродного материала для применения в электрохимических устройствах на протонпроводящих электролитах, принадлежащих семейству церато-цирконатов бария.
Для этого предложен электродный материал для электрохимических устройств, содержащий никелит празеодима, который отличается тем, что содержит никелит празеодима, модифицированный медью и имеет состав Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ.
Исследования показали, что модифицирование никелита празеодима медью способствует улучшению адгезии этого материала с протонпроводящим электролитом на основе церато-цирконатов бария и снижению температуры припекания к этому типу электролитов. При этом значения электропроводности, поляризационного сопротивления и ТЛКР полученного материала остаются приемлимыми для применения в качестве катода электрохимических устройств.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении температуры припекания электродного материала на основе никелита празеодима к протонпроводящему электролиту на основе церато-цирконатов бария.
Фиг. 1,2,3 иллюстрируют заявленный материал состава Pr2Ni1–xCuxO4+δ, где x=0, 0.1, 0.2 и 0.3. При этом на фиг. 1 приведены данные рентгенофазового анализа этого материала; на фиг. 2 – величина поляризационного сопротивления электродов, изготовленных из этого материала; на фиг. 3 представлены его дилатометрические кривые. Значение коэффициента δ в составе заявленного материала Pr2Ni1–xCuxO4+δ, не указано, поскольку данный материал относится к сложнооксидным соединениям, для которых величина δ не принимает постоянных значений, а варьируется в зависимости от внешних условий. Метод раскрытия значений коэффициента δ для специалиста в области химии твердого тела известен [3].
Заявляемый материал получали с применением метода цитрат-нитратного сжигания из прекурсоров Pr(NO3)3, Cu(NO3)2 и Ni(NO3)2. Исходные соли растворяли в дистиллированной воде с добавлением лимонной кислоты в соотношении 1.5 молекулы кислоты к 1 катиону металла в растворе. Затем раствор нагревали до 150 °С до частичного выпаривания воды и образования прозрачного геля. Этот гель нагревали при 350 °С до его самовоспламенения. В результате сгорания образовывались мелкодисперсные порошки требуемого состава. Полученные порошки синтезировали двухстадийно при 1100 °С и 1150 °С в течение 5 ч и спекали при 1450 °С в течение 5 ч.
Рентгенофазовый анализ, выполненный на дифрактометре Rigaku D/MAX-2200VL/PC, показал, что спеченный образец состава Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ (фиг.1), является однофазным и обладает структурой типа каменной соли, принадлежащей к рядам Раддлесдена-Поппера.
Значение электропроводности материала состава Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ, измеренной четырехзондовым методом на постоянном токе, составляет 57 См·см–1 при 600 °С.
Величина поляризационного сопротивления электродов, выполненных из материала состава Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ, определяли с помощью электрохимической импедансной спектроскопии в диапазоне рабочих температур электрохимических устройств (550–700 °С) при помощи потенциостата-гальваностата Amel 2550 и частотного анализатора спектров Amel 2700 Z-Pulse (фиг.2). Показано, что замещение ионов никеля на ионы меди приводит к снижению поляризационного сопротивления, значение которого при 650 °С составляет 1.4 Ом·см2.
Исследование термомеханических свойств материала Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ проводили на Netzsch DIL 402 РC на воздухе в широком интервале температур от 100 до 1000 ºC для детального изучения ТКЛР. На основе полученных дилатометрических кривых было рассчитано значение ТКЛР, которое для данного материла составляет 12.65·10–6К–1 (фиг. 3).
Температура припекания электродов состава Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ к электролиту на основе BaCe0.6Zr0.2Y0.2O3–δ составила 900 °С с выдержкой в течение 0.5 ч. Следует отметить, что улучшенная адгезия полученного материала к данному типу электролита, позволила не только снизить температуру, но и длительность изотермической выдержки при припекании электродов к электролиту на основе церато-цирконатов бария.
Таким образом, получен твердооксидный электродный материал на основе никелата празеодима, модифицированного медью, характеризующийся снижением температуры припекания электродного материала на основе никелита празеодима к протонпроводящему электролиту на основе церато-цирконатов бария.
Источники информации:
1. A.P. Tarutin et al. Cu-substituted La2NiO4+δ as oxygen electrodes for protonic ceramic electrochemical cells // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 16105–16112.
2. V. A. Sadykov et al. Tailoring the structural, thermal and transport properties of Pr2NiO4+δ through Ca-doping strategy // Solid State Ionics 2019. V. 333. P. 30–37.
3. A.P. Tarutin et al. Barium-doped nickelates Nd2–xBaxNiO4+δ as promising electrode materials for protonic ceramic electrochemical cells // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 24355–24364.
Claims (1)
- Электродный материал для электрохимических устройств, содержащий никелит празеодима, отличающийся тем, что материал содержит никелит празеодима, модифицированный медью, и имеет состав Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020142737A RU2749669C1 (ru) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | Электродный материал для электрохимических устройств |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020142737A RU2749669C1 (ru) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | Электродный материал для электрохимических устройств |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2749669C1 true RU2749669C1 (ru) | 2021-06-16 |
Family
ID=76377500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020142737A RU2749669C1 (ru) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | Электродный материал для электрохимических устройств |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2749669C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113871637A (zh) * | 2021-10-12 | 2021-12-31 | 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 | 一种高性能固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法 |
| RU2767036C1 (ru) * | 2021-08-06 | 2022-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом |
| RU2792641C1 (ru) * | 2021-12-15 | 2023-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" | Способ получения цирконата празеодима формулы Pr2Zr2O7 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2276430C2 (ru) * | 2001-06-12 | 2006-05-10 | Энергиеондерзоек Сентрум Недерланд | Активный материал из смешанного оксида, электрод, способ изготовления электрода и электрохимическая ячейка, содержащая этот электрод |
| GB2424878A (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-11 | Ceres Power Ltd | Solid oxide fuel cell cathode material with high performance in the 450-650°C range |
| CN104916850A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-09-16 | 上海邦民新能源科技有限公司 | 固体氧化物燃料电池阴极用材料及具其复合阴极材料及其制备方法和电池复合阴极制备方法 |
| JP2015185321A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | アイシン精機株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用空気極及び固体酸化物形燃料電池セル |
| CN108649238A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-10-12 | 中国民航大学 | 一种钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-12-24 RU RU2020142737A patent/RU2749669C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2276430C2 (ru) * | 2001-06-12 | 2006-05-10 | Энергиеондерзоек Сентрум Недерланд | Активный материал из смешанного оксида, электрод, способ изготовления электрода и электрохимическая ячейка, содержащая этот электрод |
| GB2424878A (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-11 | Ceres Power Ltd | Solid oxide fuel cell cathode material with high performance in the 450-650°C range |
| JP2015185321A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | アイシン精機株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用空気極及び固体酸化物形燃料電池セル |
| CN104916850A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-09-16 | 上海邦民新能源科技有限公司 | 固体氧化物燃料电池阴极用材料及具其复合阴极材料及其制备方法和电池复合阴极制备方法 |
| CN108649238A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-10-12 | 中国民航大学 | 一种钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| V. A. Sadykov et al. Tailoring the structural, thermal and transport properties of Pr2NiO4+δ through Ca-doping strategy // Solid State Ionics 2019. V. 333. P. 30-37. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767036C1 (ru) * | 2021-08-06 | 2022-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом |
| CN113871637A (zh) * | 2021-10-12 | 2021-12-31 | 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 | 一种高性能固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法 |
| RU2792641C1 (ru) * | 2021-12-15 | 2023-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" | Способ получения цирконата празеодима формулы Pr2Zr2O7 |
| RU2825434C1 (ru) * | 2024-04-02 | 2024-08-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) | Твердооксидный электродный материал на основе феррита празеодима-бария |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Ga-substituted Li7La3Zr2O12: An investigation based on grain coarsening in garnet-type lithium ion conductors | |
| Hu et al. | La2− xSrxCoO4− δ (x= 0.9, 1.0, 1.1) Ruddlesden-Popper-type layered cobaltites as cathode materials for IT-SOFC application | |
| CN112041272B (zh) | 离子传导性粉末、离子传导性成型体和蓄电设备 | |
| Zhang et al. | Characterization of Sr-doped lithium lanthanum titanate with improved transport properties | |
| JP7285013B2 (ja) | 複合酸化物、並びにそれを電解質材料に使用した電気化学デバイス | |
| Feng et al. | Low temperature synthesis and ion conductivity of Li7La3Zr2O12 garnets for solid state Li ion batteries | |
| CN114249593A (zh) | 一种高熵钙钛矿结构阴极材料及制备方法与应用 | |
| US20220384842A1 (en) | Lithium ion conductive solid electrolyte and production method for lithium ion conductive solid electrolyte | |
| CN105932299A (zh) | 具有复合相结构的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料 | |
| RU2749669C1 (ru) | Электродный материал для электрохимических устройств | |
| JP2020113376A (ja) | 全固体電池用正極材料、全固体電池、および全固体電池用正極活物質の製造方法 | |
| Elkalashy et al. | Phase equilibria, structure and properties of complex oxides in the NdFeO3− δ–SrFeO3− δ–SrCoO3− δ–NdCoO3− δ system as potential cathodes for SOFCs | |
| WO2017033862A1 (ja) | プロトン伝導性複合酸化物およびそれを電解質として使用した燃料電池 | |
| Zhou et al. | CO2-tolerant and cobalt-free La4Ni3-xCuxO10±δ (x= 0, 0.3, 0.5 and 0.7) cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
| CN114243095B (zh) | 一种K-β"-Al2O3固态电解质、其制备方法及钾电池 | |
| Il’ina et al. | Lithium-conducting Solid Electrolytes Synthesized by the Sol-Gel Method in the System Li7La3Zr2O12-Li5La3Nb2O12 | |
| Yaroslavtsev et al. | Cathodes based on rare-earth metal nickelate ferrites prepared from industrial raw materials for solid oxide fuel cells | |
| Chen et al. | Preparation of V doped lanthanum silicate electrolyte ceramics by combustion method and study on conductance mechanism | |
| JPWO2017033865A1 (ja) | プロトン伝導性複合酸化物およびそれを電解質として使用した燃料電池 | |
| JP6818411B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア粉末及びその製造方法，固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア焼結体及びその | |
| Li et al. | Preparation of SDC–NC nanocomposite electrolytes with elevated densities: influence of prefiring and sintering treatments on their microstructures and electrical conductivities | |
| RU2757926C1 (ru) | Электродный материал для электрохимических устройств | |
| Han et al. | Nickel-based layered perovskite cathode materials for application in intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
| RU2779630C1 (ru) | Электродный материал на основе никелата празеодима для электрохимических устройств | |
| JP2016222506A (ja) | イットリウム含有オキシアパタイト型ランタン・ゲルマネートセラミックス |