[go: up one dir, main page]

RU2823277C1 - Method for synthesis of electrode powder based on lanthanum-barium ferrite - Google Patents

Method for synthesis of electrode powder based on lanthanum-barium ferrite Download PDF

Info

Publication number
RU2823277C1
RU2823277C1 RU2024104110A RU2024104110A RU2823277C1 RU 2823277 C1 RU2823277 C1 RU 2823277C1 RU 2024104110 A RU2024104110 A RU 2024104110A RU 2024104110 A RU2024104110 A RU 2024104110A RU 2823277 C1 RU2823277 C1 RU 2823277C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
lanthanum
water
coprecipitation
barium
Prior art date
Application number
RU2024104110A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Егор Витальевич Гордеев
Мария Андреевна Гордеева
Денис Алексеевич Осинкин
Дмитрий Андреевич Медведев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2823277C1 publication Critical patent/RU2823277C1/en

Links

Abstract

FIELD: various technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to synthesis of electrode materials based on lanthanum-barium ferrite. Electrode powder is obtained by controlled two-jet coprecipitation from a solution of water-soluble salts of barium, lanthanum and iron with a molar ratio of 2:3:5, respectively, using a precipitant solution containing 2 mol/dm3 ammonia and 3 mol/dm3 ammonium carbonate, wherein controlled double-jet coprecipitation of metals of the obtained powder is carried out by simultaneous supply of a solution of water-soluble salts and a solution of a precipitator into a reaction medium – distilled water with continuous stirring and maintaining a constant pH value at 8.0, after which, by filtration, the precipitate is separated from the mother solution, which is dried at temperature of 150 °C until complete removal of residues of mother solution and calcined in air atmosphere at temperature from 1,100 to 1,300 °C for 6 hours.
EFFECT: obtaining electrode powder based on lanthanum barium ferrite, suitable for use as material of oxygen, fuel, as well as symmetrical electrodes of solid oxide or proton-ceramic fuel cells.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Изобретение относится к производству материалов для электрохимических устройств, а именно, к электродным материалам на основе феррита лантана-бария, которые могут быть использованы в качестве материала кислородных, топливных, а также симметричных электродов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) или протон-керамических топливных элементов (ПКТЭ).The invention relates to the production of materials for electrochemical devices, namely, to electrode materials based on lanthanum-barium ferrite, which can be used as a material for oxygen, fuel, and also symmetrical electrodes of solid oxide fuel cells (SOFC) or proton-ceramic fuel cells ( PKTE).

Твердооксидные топливные элементы - устройства, позволяющие эффективно преобразовывать энергию химической реакции окисления топлива (водород, метан, метанол и т.д.) в электрическую. Классические ТОТЭ состоят из анода, который, как правило, представляет собой кермет на основе никеля, плотного электролита (например, стабилизированный иттрием диоксид циркония) и катода, в качестве которого традиционно используют манганит лантана-стронция. Solid oxide fuel cells are devices that allow you to effectively convert the energy of the chemical reaction of fuel oxidation (hydrogen, methane, methanol, etc.) into electrical energy. Classic SOFCs consist of an anode, which is typically a nickel-based cermet, a dense electrolyte (such as yttrium-stabilized zirconia), and a cathode, which is traditionally lanthanum strontium manganite.

Материалы на основе феррита бария широко изучают в качестве электродов для протонпроводящих электрохимических ячеек. Это обусловлено, в том числе высокой степенью гидратации, связанной с выраженными основными свойствами этих материалов и большим объемом решетки. Ферриты относятся к материалам со смешанной электронной и ионной проводимостью, дополнительным достоинством которых является высокая окислительно-восстановительная стабильность, позволяющая использовать их в качестве топливных и кислородных электродов в так называемых симметричных ТОТЭ или ПКТЭ. Это преимущество можно использовать для оптимизации технологического процесса получения электродных порошков и снизить себестоимость изготовления электрохимических устройств. Barium ferrite-based materials are widely studied as electrodes for proton-conducting electrochemical cells. This is due, among other things, to the high degree of hydration associated with the pronounced basic properties of these materials and the large volume of the lattice. Ferrites are materials with mixed electronic and ionic conductivity, the additional advantage of which is their high redox stability, which allows them to be used as fuel and oxygen electrodes in so-called symmetric SOFCs or SCFCs. This advantage can be used to optimize the technological process for producing electrode powders and reduce the cost of manufacturing electrochemical devices.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

К традиционным методам синтеза порошковых материалов для среднетемпературных ТОТЭ относится золь-гель метод, метод со-осаждения, полимерно-комплексный синтез и др. [doi.org/10.1016/j.pmatsci.2011.08.002].Traditional methods for the synthesis of powder materials for medium-temperature SOFCs include the sol-gel method, co-precipitation method, polymer-complex synthesis, etc. [doi.org/10.1016/j.pmatsci.2011.08.002].

Большинство электродных материалов получают, как правило, твердофазным синтезом из-за простоты и низкой стоимости этого метода. К примеру, известен способ получения электродного материала на основе феррита лантана-стронция с использованием твердофазного синтеза [doi.org/10.1016/S1872-2067(15)61116-0]. В этом способе в качестве прекурсоров используют карбонат стронция, оксид железа и предварительно прокаленный при 1000°С, оксид лантана. Навески порошков в стехиометрическом соотношении смешивают, измельчают в этаноле и подвергают термообработке в начале при 800°С в течение 2 ч, а затем при 1300°С в течение 3 ч. К недостаткам данного метода традиционно относят неоднородность состава полученного материала, неконтролируемое распределение частиц по размерам, низкую удельную поверхность и высокие температуры спекания. Most electrode materials are usually obtained by solid-phase synthesis due to the simplicity and low cost of this method. For example, there is a known method for producing electrode material based on lanthanum-strontium ferrite using solid-phase synthesis [doi.org/10.1016/S1872-2067(15)61116-0]. In this method, strontium carbonate, iron oxide and lanthanum oxide, pre-calcined at 1000°C, are used as precursors. Weighed powders in a stoichiometric ratio are mixed, ground in ethanol and subjected to heat treatment, first at 800°C for 2 hours, and then at 1300°C for 3 hours. The disadvantages of this method traditionally include the heterogeneity of the composition of the resulting material, the uncontrolled distribution of particles over sizes, low specific surface area and high sintering temperatures.

Для получения манганит-лантана стронция применяют метод полимерно-комплексного синтеза [10.1016/j.electacta.2016.12.170]. В данном способе в качестве хелатного агента используют лимонную или этилендиаминтетрауксусную кислоту. Реагенты вводят в раствор солей металлов в определенном соотношении к ионам металлов с последующим подщелачиванием раствора до значения pH 7-8 с помощью водного раствора аммиака. Полученный раствор нагревают до полного выпаривания воды и самовоспламенения остатка. Образовавшуюся золу подвергают термической обработке при 1000°С в течение 3 ч. To obtain strontium lanthanum manganite, the method of polymer complex synthesis is used [10.1016/j.electacta.2016.12.170]. In this method, citric or ethylenediaminetetraacetic acid is used as a chelating agent. The reagents are introduced into a solution of metal salts in a certain ratio to metal ions, followed by alkalization of the solution to a pH value of 7-8 using an aqueous ammonia solution. The resulting solution is heated until the water completely evaporates and the residue ignites spontaneously. The resulting ash is subjected to heat treatment at 1000°C for 3 hours.

Способ характеризуется высокой чистотой получаемых материалов и возможностью контроля состава получаемых порошков, однако к его существенным недостаткам относится малый выход продукта, невозможность получения порошка узкой фракции и сложность масштабирования.The method is characterized by high purity of the resulting materials and the ability to control the composition of the resulting powders, however, its significant disadvantages include low product yield, the impossibility of obtaining a powder of a narrow fraction and the difficulty of scaling.

Известно получение электродных материалов на основе феррита лантана методом сжигания [US 10833333 B2, опубл. 10.11.2020]. Согласно этому способу, нитраты соответствующих металлов растворяли в дистиллированной воде, в полученный раствор вводили глицин в соотношении 2:1 к общему содержанию катионов, выдерживали при постоянном перемешивании и нагреве до самовоспламенения остатка. Полученную золу измельчали и обжигали при температуре 1200°С в течение 12 ч. Данный способ характеризуется простым аппаратурным оформлением, возможностью высокого уровня контроля за получением порошка с требуемыми характеристиками, однако низкая производительность процесса не позволяет использовать его в производственных масштабах.It is known to produce electrode materials based on lanthanum ferrite by combustion method [US 10833333 B2, publ. 11/10/2020]. According to this method, nitrates of the corresponding metals were dissolved in distilled water, glycine was introduced into the resulting solution in a ratio of 2:1 to the total content of cations, and kept with constant stirring and heating until the residue spontaneously ignited. The resulting ash was crushed and fired at a temperature of 1200°C for 12 hours. This method is characterized by simple hardware design and the possibility of a high level of control over the production of powder with the required characteristics, but the low productivity of the process does not allow its use on a production scale.

По технической сущности наиболее близким к заявляемому можно признать известный способ получения порошка электродного материала на основе феррита лантана соосаждением [10.1016/j.ijhydene.2012.09.063]. Способ включает приготовление раствора путем растворения стехиометрического количества нитратов лантана, железа и стронция в дистиллированной воде при температуре 60°C с получением раствора с концентрацией ионов металлов около 1 моль/дм3. Для этого раствор нитратов помещают в раствор карбоната аммония при энергичном перемешивании, образовавшуюся суспензию выдерживают в течение 3 ч при 60°С для уравновешивания процесса соосаждения, а затем фильтруют под давлением, используя мембраны с диаметром пор 0,22 мм. Полученный кек промывают от остатков нитратов и сушат при температуре 110°С. Высушенные порошки измельчают в ступке и обжигают при температуре от 300 до 1350°C.In terms of technical essence, the known method for producing electrode material powder based on lanthanum ferrite by co-precipitation can be considered the closest to the claimed one [10.1016/j.ijhydene.2012.09.063]. The method involves preparing a solution by dissolving a stoichiometric amount of lanthanum, iron and strontium nitrates in distilled water at a temperature of 60°C to obtain a solution with a metal ion concentration of about 1 mol/dm 3 . To do this, a solution of nitrates is placed in a solution of ammonium carbonate with vigorous stirring, the resulting suspension is kept for 3 hours at 60°C to balance the coprecipitation process, and then filtered under pressure using membranes with a pore diameter of 0.22 mm. The resulting cake is washed to remove any remaining nitrates and dried at a temperature of 110°C. The dried powders are crushed in a mortar and fired at temperatures from 300 to 1350°C.

В результате получают однородную морфологию частиц и низкие по сравнению с твердофазным методом температуры спекания, однако получить полностью однофазную структуру не удалось даже после обжига при 1350°С в течение 10 ч. As a result, a homogeneous particle morphology and low sintering temperatures compared to the solid-phase method are obtained, but it was not possible to obtain a completely single-phase structure even after firing at 1350°C for 10 hours.

Способов синтеза электродного порошка на основе феррита лантана бария с использованием метода соосаждения в уровне техники не обнаружено.No methods for synthesizing electrode powder based on barium lanthanum ferrite using the co-precipitation method have been found in the prior art.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Техническая проблема, решаемая с помощью заявленного изобретения, заключается в возможности использования метода соосаждения для синтеза электродного порошка на основе феррита лантана бария, как материала для кислородных, топливных, а также симметричных электродов твердооксидных или протон-керамических топливных элементов.The technical problem solved by the claimed invention is the possibility of using the co-precipitation method for the synthesis of electrode powder based on barium lanthanum ferrite as a material for oxygen, fuel, as well as symmetrical electrodes of solid oxide or proton-ceramic fuel cells.

Для этого предложен способ синтеза электродного порошка на основе феррита лантана-бария, включающий соосаждение ионов металлов получаемого порошка из раствора водорастворимых солей соответствующих металлов с помощью осадителя, содержащего аммиак и карбонат аммония, фильтрацию суспензии с получением осадка, который подвергают сушке и последующей термической обработке.For this purpose, a method has been proposed for the synthesis of electrode powder based on lanthanum-barium ferrite, including coprecipitation of metal ions of the resulting powder from a solution of water-soluble salts of the corresponding metals using a precipitant containing ammonia and ammonium carbonate, filtration of the suspension to obtain a precipitate, which is subjected to drying and subsequent heat treatment.

Новый способ отличается тем, что электродный порошок на основе феррита лантана-бария получают контролируемым двухструйным соосаждением из раствора водорастворимых солей бария, лантана и железа с молярным соотношением 2:3:5 соответственно, с помощью раствора осадителя, содержащего 2 моль/дм3 аммиака и 3 моль/дм3 карбоната аммония, при этом контролируемое двухструйное соосаждение металлов получаемого порошка проводят путем одновременной подачи раствора водорастворимых солей и раствора осадителя в реакционную среду - дистиллированную воду при непрерывном перемешивании и поддержании постоянного значения pH на уровне 8, после чего с помощью фильтрации отделяют осадок от маточного раствора, который сушат при температуре 150 °C до полного удаления остатков маточного раствора и обжигают в атмосфере воздуха при температуре от 1100 до 1300 °C в течение 6 ч.The new method is distinguished by the fact that electrode powder based on lanthanum-barium ferrite is obtained by controlled double-jet coprecipitation from a solution of water-soluble salts of barium, lanthanum and iron with a molar ratio of 2:3:5, respectively, using a precipitant solution containing 2 mol/ dm3 of ammonia and 3 mol/dm 3 ammonium carbonate, while the controlled two-jet coprecipitation of the metals of the resulting powder is carried out by simultaneously feeding a solution of water-soluble salts and a precipitant solution into the reaction medium - distilled water with continuous stirring and maintaining a constant pH value at 8, after which it is separated by filtration sediment from the mother liquor, which is dried at a temperature of 150 °C until the remaining mother liquor is completely removed and fired in an air atmosphere at a temperature of 1100 to 1300 °C for 6 hours.

Сущность заявленного способа заключается в следующем. Во время контролируемого двухструйного соосаждения бария, лантана и железа при поддержании постоянного значения pH на уровне 8, близкому к растворению карбоната бария, образуются кристаллы малого размера, которые захватываются аморфными гидроксидами лантана и железа. Таким образом, сформированный осадок обеспечивает максимальный контакт между всеми осаждёнными формами, что способствует образованию фазы перовскита во время обжига. Кроме того, поддержание постоянного значения pH раствора водорастворимых солей, осадителя и дистиллированной воды в качестве реакционной среды на уровне 8, предотвращает понижение этого pH с последующим частичным растворением карбоната бария в процессе дозирования раствора солей металлов, а также предотвращает повышение этого pH с последующим частичным растворением гидроксида железа на протяжении всего контролируемого двухструйного соосаждения. Полученные после обжига частицы являются слабосвязанными агрегатами со средним размером частиц от 25 до 40 мкм. При необходимости эти частицы после мягкой дезагрегации в течение 10 мин разбиваются на частицы со средним размером меньше 5 мкм. The essence of the claimed method is as follows. During the controlled double-jet coprecipitation of barium, lanthanum and iron, while maintaining a constant pH value of 8, close to the dissolution of barium carbonate, small crystals are formed that are captured by amorphous lanthanum and iron hydroxides. Thus, the formed deposit ensures maximum contact between all deposited forms, which promotes the formation of the perovskite phase during firing. In addition, maintaining a constant pH value of a solution of water-soluble salts, a precipitant and distilled water as a reaction medium at 8, prevents a decrease in this pH with subsequent partial dissolution of barium carbonate during dosing of a solution of metal salts, and also prevents an increase in this pH with subsequent partial dissolution iron hydroxide throughout the controlled two-jet coprecipitation. The particles obtained after firing are loosely bound aggregates with an average particle size of 25 to 40 μm. If necessary, these particles, after gentle disaggregation for 10 minutes, are broken down into particles with an average size of less than 5 microns.

Технический результат, достигаемый использованием изобретения, заключается в получении электродного порошка на основе феррита лантана бария, пригодного для использования качестве материала кислородных, топливных, а также симметричных электродов ТОТЭ или ПКТЭ.The technical result achieved by using the invention is to obtain an electrode powder based on barium lanthanum ferrite, suitable for use as a material for oxygen, fuel, and symmetrical SOFC or PCFC electrodes.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение иллюстрируется таблицей, показывающая фазовый состав, средний размер частиц, а также катионный состав маточного раствора после фильтрации, характеризующих полноту соосаждения, а также рисунком, на котором представлена дифрактограмма образца порошка, полученного по примеру 1.The invention is illustrated by a table showing the phase composition, average particle size, as well as the cationic composition of the mother liquor after filtration, characterizing the completeness of coprecipitation, as well as a figure showing a diffraction pattern of a powder sample obtained according to Example 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Для синтеза электродного порошка на основе феррита лантана бария в лабораторных условиях готовили водный раствор солей лантана, бария и железа, предпочтительно растворением в дистиллированной воде. В качестве солей металлов могут быть использованы водорастворимые соли неорганических кислот, предпочтительно нитраты или хлориды. Навески солей отбираются таким образом, чтобы мольные доли бария, лантана и железа в растворе составляли 2:3:5, соответственно. Кислотный остаток соли рекомендуется выбирать, исходя из растворимости соли в воде и устойчивости к гидролизу.To synthesize electrode powder based on lanthanum barium ferrite, an aqueous solution of lanthanum, barium and iron salts was prepared in laboratory conditions, preferably by dissolving in distilled water. As metal salts, water-soluble salts of inorganic acids, preferably nitrates or chlorides, can be used. Weighed salts are selected in such a way that the mole fractions of barium, lanthanum and iron in the solution are 2:3:5, respectively. It is recommended to select the acidic residue of the salt based on the solubility of the salt in water and its resistance to hydrolysis.

Для приготовления растворов солей металлов, нитрат лантана, нитрат железа и карбонат бария в дистиллированную воду вводили последовательно до полного растворения каждого компонента. To prepare solutions of metal salts, lanthanum nitrate, iron nitrate and barium carbonate were introduced sequentially into distilled water until each component was completely dissolved.

Для получения раствора осадителя готовили водный раствор смеси аммиака и аммонийной соли, с кислотным остатком, которой может образовывать нерастворимые соли бария, железа и лантана. Молярное соотношение аммиака и аммонийной соли в растворе осадителя должно равняться 2:3. Использование в качестве источника гидроксид-ионов растворов щелочей приведёт к загрязнению электродного порошка катионами щелочных металлов, которые могут негативно сказаться как на фазовом составе, так и на электрохимических характеристиках материала.To obtain a precipitant solution, an aqueous solution of a mixture of ammonia and ammonium salt was prepared, with an acid residue that can form insoluble salts of barium, iron and lanthanum. The molar ratio of ammonia and ammonium salt in the precipitant solution should be 2:3. The use of alkali solutions as a source of hydroxide ions will lead to contamination of the electrode powder with alkali metal cations, which can negatively affect both the phase composition and the electrochemical characteristics of the material.

Для контролируемого двухструйного соосаждения использовали смесь водного раствора аммиака и карбоната аммония с концентрацией 2 и 3 моль/дм3, соответственно. Контролируемое двухструйное соосаждение карбоната бария, а также гидроксидов лантана и железа проводили путем одновременной подачи раствора водорастворимых солей и раствора осадителя в реакционную среду - дистиллированную воду при непрерывном перемешивании и поддержании постоянного значения pH на уровне 8. Количество дистиллированной воды незначительно влияет на качество синтезированного электродного материала, но для уменьшения объёмов фильтруемой суспензии и расхода раствора осадителя рекомендуется добавлять дистиллированную воду в минимальных количествах. Формирование осадка в реакционной среде осуществляется за счёт достижения произведения растворимости осаждаемых форм с помощью постоянной и равномерной подачи растворов солей металлов и осадителя, которые являются источниками катионов металлов, а также гидроксид и карбонат катионов.For controlled two-jet coprecipitation, a mixture of an aqueous solution of ammonia and ammonium carbonate with a concentration of 2 and 3 mol/dm 3 , respectively, was used. Controlled two-jet coprecipitation of barium carbonate, as well as lanthanum and iron hydroxides, was carried out by simultaneously feeding a solution of water-soluble salts and a precipitant solution into the reaction medium - distilled water with continuous stirring and maintaining a constant pH value at 8. The amount of distilled water has little effect on the quality of the synthesized electrode material , but to reduce the volume of the filtered suspension and the consumption of the precipitant solution, it is recommended to add distilled water in minimal quantities. The formation of a precipitate in the reaction medium is carried out by achieving the solubility product of the precipitated forms with the help of a constant and uniform supply of solutions of metal salts and a precipitant, which are sources of metal cations, as well as hydroxide and carbonate cations.

Поддержание постоянного значения pH на уровне 8,0 путём автоматического контроля подачи раствора осадителя обеспечивает идентичные условия для формирования каждой частицы. Регистрация значения pH ведётся с помощью стеклянного комбинированного электрода и иономера.Maintaining a constant pH value of 8.0 by automatically controlling the supply of precipitant solution ensures identical conditions for the formation of each particle. The pH value is recorded using a glass combined electrode and ion meter.

Полученную суспензию феррита лантана-бария фильтровали для отделения осадка от маточного раствора. Для удаления остатков маточного раствора полученный осадок подвергали сушке при температуре 150 °C до постоянной массы.The resulting suspension of lanthanum-barium ferrite was filtered to separate the precipitate from the mother liquor. To remove the remaining mother liquor, the resulting precipitate was dried at a temperature of 150 °C to constant weight.

Высушенный осадок подвергали обжигу в воздушной атмосфере при температуре от 1100 до 1300 °C, при этом происходит формирование перовскитной фазы, а также разложение и последующее удаление примесных продуктов реакции.The dried sediment was fired in an air atmosphere at a temperature from 1100 to 1300 °C, during which the formation of a perovskite phase occurs, as well as decomposition and subsequent removal of impurity reaction products.

Для получения мелкодисперсной фракции обожжённый порошок подвергали мягкой дезагрегации в течение 10 мин, предпочтительно в измельчительной мельнице.To obtain a fine fraction, the calcined powder was subjected to gentle disaggregation for 10 minutes, preferably in a grinding mill.

Выходной контроль среднего размера частиц полученного порошка проводили с помощью лазерного гранулометрического анализатора Mastersizer 2000. Контроль фазового состава осуществляли с помощью рентгеновского дифрактометра D/MAX-2200. Для анализа маточного раствора, полученного после фильтрации, на наличие не соосаждённых катионов использовали атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой Optima 4300 DV.The final control of the average particle size of the resulting powder was carried out using a Mastersizer 2000 laser granulometric analyzer. The phase composition was controlled using a D/MAX-2200 X-ray diffractometer. To analyze the mother liquor obtained after filtration for the presence of non-coprecipitated cations, an Optima 4300 DV inductively coupled plasma atomic emission spectrometer was used.

Пример 1Example 1

Для приготовления раствора солей металлов в химический стакан последовательно добавляли 750 см3 дистиллированной воды, 81,60 г нитрата лантана, 101,23 г нитрата железа и 33,04 г карбоната бария без учёта кристаллизационной воды. Полученную смесь перемешивали до образования прозрачного раствора с последующим разбавлением дистиллированной водой до 1000 см3. Растворение проводили при постоянном перемешивании и при температуре 80 °C для ускорения процесса гомогенизации.To prepare a solution of metal salts, 750 cm 3 of distilled water, 81.60 g of lanthanum nitrate, 101.23 g of iron nitrate and 33.04 g of barium carbonate were sequentially added to a beaker, excluding water of crystallization. The resulting mixture was stirred until a clear solution was formed, followed by dilution with distilled water to 1000 cm 3 . Dissolution was carried out with constant stirring and at a temperature of 80 °C to accelerate the homogenization process.

Параллельно готовили раствор осадителя. В химический стакан помещали 600 см3 дистиллированной воды, 145 см3 товарного водного раствора аммиака и 288 г карбоната аммония без учёта адсорбированной воды с последующим доведением полученного раствора дистиллированной водой до 1000 см3. Растворение проводили при постоянном перемешивании и при температуре 80 °C для ускорения процесса гомогенизации.At the same time, a precipitant solution was prepared. 600 cm 3 of distilled water, 145 cm 3 of a commercial aqueous solution of ammonia and 288 g of ammonium carbonate were placed in a beaker, excluding adsorbed water, followed by bringing the resulting solution to 1000 cm 3 with distilled water. Dissolution was carried out with constant stirring and at a temperature of 80 °C to accelerate the homogenization process.

После подготовки растворов проводили контролируемое двухструйное соосаждение. При постоянном перемешивании с одинаковой скоростью в 200 см3 дистиллированной воды подавали раствор солей металлов и раствор осадителя. Значение pH реакционной среды поддерживали на уровне 8,0 с помощью автоматического контролирования подачи раствора осадителя. Соосаждение считали завершённым, когда весь раствор солей металлов был перемещён в реакционную среду.After preparing the solutions, controlled two-jet coprecipitation was carried out. With constant stirring, a solution of metal salts and a solution of a precipitant were added to 200 cm 3 of distilled water at the same speed. The pH of the reaction medium was maintained at 8.0 by automatically controlling the supply of precipitant solution. Co-precipitation was considered complete when the entire solution of metal salts was transferred into the reaction medium.

После соосаждения, полученную суспензию фильтровали для отделения осадка от маточного раствора, а влажный осадок последовательно сушили в шкафу сушильном при температуре 150 °C в течение 24 ч, обжигали в печи муфельной при температуре 1300 °C в течение 6 ч, дезагрегировали в мельнице шаровой со скоростью вращения 250 об/мин в течение 10 мин. Получили порошок на основе феррита лантана-бария со средним размером частиц 2,74 мкм и содержанием в матричном растворе катионов бария, лантана, железа в количестве < 1 мас.%.After coprecipitation, the resulting suspension was filtered to separate the precipitate from the mother liquor, and the wet precipitate was successively dried in a drying cabinet at a temperature of 150 °C for 24 hours, fired in a muffle furnace at a temperature of 1300 °C for 6 hours, and disaggregated in a ball mill with rotation speed 250 rpm for 10 minutes. We obtained a powder based on lanthanum-barium ferrite with an average particle size of 2.74 μm and a content of barium, lanthanum, and iron cations in the matrix solution in an amount of <1 wt.%.

Пример 2Example 2

Приготовление раствора солей проводили аналогично примеру 1, но в качестве исходных солей металлов использовали 815,96 г хлорида лантана, 680,15 г хлорида железа и 348,65 г хлорида бария без учёта кристаллизационной воды. Приготовление раствора осадителя проводили аналогично примеру 1, но добавляли 2000 см3 дистиллированной воды, 725 см3 товарного водного раствора аммиака и 1440 г карбоната аммония без учёта абсорбированной воды с последующим разбавлением дистиллированной водой до 5000 см3. Проведение контролируемого двухструйного соосаждения, фильтрации и сушки производили аналогично примеру 1.The preparation of the salt solution was carried out similarly to Example 1, but 815.96 g of lanthanum chloride, 680.15 g of ferric chloride and 348.65 g of barium chloride were used as the starting metal salts, excluding water of crystallization. The preparation of the precipitant solution was carried out similarly to example 1, but 2000 cm 3 of distilled water, 725 cm 3 of a commercial aqueous solution of ammonia and 1440 g of ammonium carbonate were added without taking into account the absorbed water, followed by dilution with distilled water to 5000 cm 3 . Controlled double-jet coprecipitation, filtration and drying were carried out similarly to example 1.

Высушенный осадок обжигали в печи муфельной при температуре 1100°C в течение 6 ч, но при этом обожжённый порошок не дезагрегировали. Получили порошок на основе феррита лантана-бария со средним размером частиц 34,88 мкм и содержанием в маточном растворе катионов бария, лантана, железа в количестве < 1 мас.%.The dried sediment was fired in a muffle furnace at a temperature of 1100°C for 6 hours, but the fired powder was not disaggregated. We obtained a powder based on lanthanum-barium ferrite with an average particle size of 34.88 μm and a content of barium, lanthanum, and iron cations in the mother solution in an amount of <1 wt.%.

Таким образом, новый способ позволяет получить электродный материал на основе феррита лантана-бария, который может быть использован в качестве материала кислородных, топливных, а также симметричных электродов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) или протон-керамических топливных элементов (ПКТЭ).Thus, the new method makes it possible to obtain an electrode material based on lanthanum-barium ferrite, which can be used as a material for oxygen, fuel, and symmetrical electrodes of solid oxide fuel cells (SOFC) or proton-ceramic fuel cells (PCFC).

Claims (1)

Способ синтеза электродного порошка на основе феррита лантана-бария, включающий соосаждение ионов металлов получаемого порошка из раствора водорастворимых солей соответствующих металлов с помощью осадителя, содержащего аммиак и карбонат аммония, фильтрацию полученного маточного раствора с получением осадка, который подвергают сушке и последующей термической обработке, отличающийся тем, что электродный порошок на основе феррита лантана-бария получают контролируемым двухструйным соосаждением из раствора водорастворимых солей бария, лантана и железа с молярным соотношением 2:3:5 соответственно, с помощью раствора осадителя, содержащего 2 моль/дм3 аммиака и 3 моль/дм3 карбоната аммония, при этом контролируемое двухструйное соосаждение металлов получаемого порошка проводят путем одновременной подачи раствора водорастворимых солей и раствора осадителя в реакционную среду – дистиллированную воду при непрерывном перемешивании и поддержании постоянного значения pH на уровне 8,0, после чего с помощью фильтрации отделяют осадок от маточного раствора, который сушат при температуре 150°C до полного удаления остатков маточного раствора и обжигают в атмосфере воздуха при температуре от 1100 до 1300°C в течение 6 ч.A method for synthesizing electrode powder based on lanthanum-barium ferrite, including coprecipitation of metal ions of the resulting powder from a solution of water-soluble salts of the corresponding metals using a precipitant containing ammonia and ammonium carbonate, filtration of the resulting mother solution to obtain a precipitate, which is subjected to drying and subsequent heat treatment, characterized in that electrode powder based on lanthanum-barium ferrite is obtained by controlled double-jet coprecipitation from a solution of water-soluble barium, lanthanum and iron salts with a molar ratio of 2:3:5, respectively, using a precipitant solution containing 2 mol/dm 3 ammonia and 3 mol/dm dm 3 of ammonium carbonate, while the controlled two-jet coprecipitation of the metals of the resulting powder is carried out by simultaneously feeding a solution of water-soluble salts and a precipitant solution into the reaction medium - distilled water with continuous stirring and maintaining a constant pH value at 8.0, after which the precipitate is separated by filtration from the mother liquor, which is dried at a temperature of 150°C until the remaining mother liquor is completely removed and fired in an air atmosphere at a temperature of 1100 to 1300°C for 6 hours.
RU2024104110A 2024-02-19 Method for synthesis of electrode powder based on lanthanum-barium ferrite RU2823277C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2823277C1 true RU2823277C1 (en) 2024-07-22

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1665056A (en) * 2004-03-03 2005-09-07 哈尔滨工业大学 Method for preparing positive electrode material for lanthanum gallate solid electrolyte fuel cell
CN108448125A (en) * 2018-04-12 2018-08-24 中国矿业大学 A cathode material for a proton conductor solid oxide fuel cell and its preparation method
US10833333B2 (en) * 2015-05-28 2020-11-10 Seeo2 Energy Inc. High performance oxygen and fuel electrode for reversible solid oxide fuel cell applications
RU2784880C1 (en) * 2022-03-09 2022-11-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) METHOD FOR LIQUID-PHASE SYNTHESIS OF NANOCERAMIC MATERIALS IN THE La2O3-SrO-Ni(Co,Fe)2O3 SYSTEM FOR CREATING CATHODE ELECTRODES OF A SOLID OXIDE FUEL CELL

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1665056A (en) * 2004-03-03 2005-09-07 哈尔滨工业大学 Method for preparing positive electrode material for lanthanum gallate solid electrolyte fuel cell
US10833333B2 (en) * 2015-05-28 2020-11-10 Seeo2 Energy Inc. High performance oxygen and fuel electrode for reversible solid oxide fuel cell applications
CN108448125A (en) * 2018-04-12 2018-08-24 中国矿业大学 A cathode material for a proton conductor solid oxide fuel cell and its preparation method
RU2784880C1 (en) * 2022-03-09 2022-11-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) METHOD FOR LIQUID-PHASE SYNTHESIS OF NANOCERAMIC MATERIALS IN THE La2O3-SrO-Ni(Co,Fe)2O3 SYSTEM FOR CREATING CATHODE ELECTRODES OF A SOLID OXIDE FUEL CELL

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Международный журнал водородной энергетики, том 38, выпуск 1, 11 января 2013, страницы 480-491. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spiridigliozzi et al. Engineered co-precipitation chemistry with ammonium carbonate for scalable synthesis and sintering of improved Sm0. 2Ce0. 8O1. 90 and Gd0. 16Pr0. 04Ce0. 8O1. 90 electrolytes for IT-SOFCs
CN104332651B (en) A kind of molten-salt growth method prepares carbuncle type Li7La3Zr2O12The method of electrolyte powder
CN115650315B (en) Manganese-rich oxide precursor and preparation method and application thereof
US9379391B2 (en) Air electrode material powder for solid oxide fuel cell and its production process
US9412486B2 (en) Composite oxide powder for solid oxide fuel cell and its production method
CN112062567A (en) Method for preparing zirconium-yttrium-doped barium ceria powder by using molten salt and powder obtained therefrom
TWI758019B (en) Amorphous lithium ion conducting oxide powder and method for production thereof, and method for production of lithium ion conducting oxide powder having nasicon-type crystal structure
CN111908922A (en) Low-temperature synthesized rare earth hafnate high-entropy ceramic powder and preparation method thereof
JP6456241B2 (en) Method for producing lithium-containing composite oxide powder
CN117049497B (en) A step-by-step method for preparing lithium aluminum titanium phosphate solid electrolyte and its application
CN111422892A (en) A cubic γ-AlOOH precursor, Na-β″-Al2O3 solid electrolyte powder and preparation method thereof
CN103035936B (en) Preparation method of composite electrolyte powder for medium-and-low-temperature solid oxide fuel cell
RU2823277C1 (en) Method for synthesis of electrode powder based on lanthanum-barium ferrite
CN116409827A (en) A kind of preparation method of pure phase La2NiO4 powder synthesized by molten salt method
CN110436516B (en) Synthesis method of cation defect B-phase titanium dioxide magnesium ion electrode material
CN110483219B (en) Cubic structure composite energetic material and preparation method thereof
CN105261749A (en) Method for preparation zirconium-doped lithium titanate through one-step reaction
JP4185197B2 (en) Method for producing bismuth (III) oxide
CN105801114A (en) Method for preparing ultrafine-yttria stable zirconia powder
RU2843324C1 (en) Method for synthesis of electrolyte powder based on barium cerate-zirconate doped with scandium
CN118198446A (en) Scandium-zirconium composite material and preparation method and application thereof
JPH10513429A (en) Cobalt oxide containing finely dispersed metallic cobalt, method for producing the same and use thereof
CN116409815B (en) Li (lithium ion battery)2TiO3Is prepared from the lithium-extracted adsorbent and the preparing process of the adsorbent
CN120989648A (en) Hydrogen electrode material and preparation method and application thereof
CN107082449B (en) A kind of method that grass acid dihydrazide combustion method prepares zirconic acid yttrium