Синтез и физико-химическое исследование нанопорошков и керамики в системе Gd2O3–La2O3–SrO–Ni(CO)O3-Δ для катодных материалов топливных элементов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Методом совместной кристаллизации азотнокислых солей синтезированы высокодисперсные мезопористые порошки состава Gd1–xSrxCo0.5O3-δ (х = 0.1, 0.15, 0.2, 0.25); Gd0.4Sr0.1Ni0,5O3-δ и Gd0.125La0.125Sr0.25Co0.5O3-δ. На их основе получены керамические наноматериалы заданного состава с ОКР ~ 49–62 нм (1200 °C), открытой пористостью 17–42% и кажущейся плотностью 5–7 г/см3. Нанопорошки и керамика в интервале 600–1200 °C обладают тетрагональной и орторомбической структурой типа перовскита в системе Gd2O3‒SrO‒Co2O3-δ. Установлено, что для получения оптимальных характеристик плотности и пористой структуры керамики необходимы комбинированные добавки поливинилового спирта (ПВС) в сочетании с гидроксидом алюминия –Al(OH)3, выступающим в качестве порообразователя и спекающей добавки. Твердые растворы имеют смешанную электронно-ионную проводимость с числами переноса te = ­0.92–0.99; ti = ­0.08–0.01. По своим физико-химическим и электрофизическим свойствам, связанные со структурными особенностями твердых растворов и полученные на их основе керамические материалы перспективны в качестве твердооксидных катодов среднетемпературных топливных элементов.

About the authors

M. V. Kalinina

National Research Center 'Kurchatov Institute' - PNU - IHC

199155, Russia, St. Petersburg, nab. Maklova, 2

I. G. Polyakova

National Research Center 'Kurchatov Institute' - PNU - IHC

199155, Russia, St. Petersburg, nab. Maklova, 2

S. V. Myakin

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

Email: svmjakin@spbti.ru
190013, Russia, St. Petersburg, Moskovsky Prospect, 24-26/49 lit. A

A. S. Kovalenko

National Research Center 'Kurchatov Institute' - PNU - IHC

199155, Russia, St. Petersburg, nab. Maklova, 2

I. A. Drozdova

National Research Center 'Kurchatov Institute' - PNU - IHC

199155, Russia, St. Petersburg, nab. Maklova, 2

O. A. Shilova

National Research Center 'Kurchatov Institute' - PNU - IHC; Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University); Saint Petersburg State Electrotechnical University 'LETI' named after V.I. Ulyanov (Lenin)

199155, Russia, St. Petersburg, nab. Maklova, 2; 190013, Russia, St. Petersburg, Moskovsky Prospect, 24-26/49 lit. A; 197376, Russia, St. Petersburg, Professor Popov Street, 5

References

  1. Maric R., Mirshekari G. Solid Oxide Fuel Cells,From Fundamental Principles to Complete Systems //CRC Press. 2021.P. 256.
  2. Ponomareva A.A., Ivanova A.G., Shilova O.A., Kruchinina I. Yu. Current state and prospects of manufacturing and operationof methane-based fuel cells (review) //Glass Physics and Chemistry.2016. V. 42. No 1. P. 1–19.
  3. Ponomareva A.,Babushok V., Simonenko E., Simonenko N., Sevast’janov V., Shilova O.,Kruchinina I. Influence of pH of solution on phase compositionof samariumstrontium cobaltite powders synthesized by wet chemical technique //Sol-Gel Sci. Technol. 2018. V. 87. N. 1. P. 74–82.
  4. Galushko A.S., Panova G.G., Ivanova A.G., Masalovich M.S., Zagrebelnyy O.A., Kruchinina I. Yu., Shilova O.A. An Overview of the Functional Ceramic andComposite Materials for Microbiological Fuel Cells //J. Ceramic Scienceand Technology. 2017. V. 8. N. 4. Р. 433–454.
  5. Miranda P.E. Science and Engineering of Hydrogen-Based Energy Technologies: HydrogenProduction and Practical Applications in Energy Generation //Elsevier Science& Technology. 2018. 326 p. ISBN: 9780128142516
  6. Pachauri R.P., Chauhan Y.K. A study, analysis and power management schemes for fuelcells //Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 43.P. 1301–1319.
  7. Tarancón A. Strategies for Lowering Solid Oxide FuelCells Operating Temperature //Energies. 2009. V. 2. P. 1130–1150.
  8. Wincewicz K., Cooper J. Taxonomies of SOFC Material and Manufacturing Alternatives //J. Power Sources. 2005. V. 140. N. 2. P. 280–296.
  9. Steele B.C.H. Materials for IT-SOFC Stacks 35 years R&D:the Inevitability of Gradualness //Solid State Ionics. 2000. V.134. P. 3–20.
  10. Ma B., Balachandran U. Phase stability ofSrFeCo0.5in reducing environment //Mat. Res. Bull. 1998.V. 33. P. 223–236.
  11. Hendriksen P.V., Larsen P.H., Mogensen M.,Poulsen F.W., Wiik K. Prospects and problems of dense oxygenpermeable membranes //Catal. Today. 2000. V. 56. P. 283–295.
  12. McIntosh S., Vente J.F., Haije W.G., Blank D.H.A., Bouwmeester H.J.M. Phase stability and oxygen nonstoichiometry of SrCo0.8Fe0.2O3 —measured by in situ neutron diffraction //Solid StateIonics. 2006. V. 177. P. 833–842.
  13. Jun A., Kim. J.,Shin J., Kim. G. Perovskite as a cathode material: areview of its role in solid-oxide fuel cell technology //ChemElectroChem. 2016. V. 3. P. 511–530.
  14. Sadykov V.A., Pavlova S.N.,Kharlamova T.S., Muzykantov V.S., Ishchenko A.V., Bobin A.S., Mezentseva N.V.,Alikina G.M., Lukashevich A.I., Krieger T.A., Larina T.V., Bulgakov N.N.,Tapilin V.M., Belyaev V.D., Sadovskaya E.M., Boronin A.I., Uvarov N.F.,Sobyanin V.A., Okhlupin Y.S., Bobrenok O.F., Smirnova A.L., Smorygo O.L.,Kilner J.A. Perovskites and their nanocomposites with fluorite-like oxides asmaterials for solid oxide fuel cells cathodes and oxygen-conducting membranes:mobility and reactivity of the surface/bulk oxygen as a keyfactor of their performance //Perovskites: structure, properties and uses //Nova Science Publishers, Inc. 2010. P. 67–178.
  15. Ярославцев И.Ю.,Богданович Н.М., Вдовин Г.К., Демьяненко Т.А., Бронин Д.И., Исупова Л.А. Катоды на основе никелато —ферритов редкоземельных металлов, изготовленныес применением промышленного сырья для твердооксидных топливных элементов //Электрохимия.2014. Т. 50. № 6. C. 611–617.
  16. Kul'kov S.N., Buyakova S.P., Smolin A. Yu., Roman N.V., Kinelovskij S.A. Percolation transitions inthe pore structure of ceramics and its physical and mechanicalproperties //Technical Physics Letters. 2011. V. 37. N. 8.P. 34–40.
  17. Гузман И.Я. Высокоогнеупорная пористая керамика / И.Я. Гузман. М.: Стройиздат. 1969. 208 с.
  18. Guzman I.Ya. Some principles of the formation of porous ceramic structures, propertiesand applications //Glass and ceramics. 2003. N. 9. P. 28–31.
  19. Kul'kov S.N., Buyakova S.P., Smolin A. Yu., Roman N.V.,Kinelovskij S.A. Percolation transitions in the pore structure of ceramicsand its physical and mechanical properties //Technical Physics Letters.2011. V. 37. N. 8. P. 34–40.
  20. Гращенков Д.В, Балинова Ю.А., Тинякова Е.В. Керамические волокна оксида алюминия и материалы на их основе //Стеклои керамика. 2012. № 4. С. 32–35.
  21. Duran P.,Villegas M., Capel F., Recio P., Moure C. Low temperaturesintering and microstructural development of nano scale Y-TZP ceramics //J. Eur. Ceram. Soc. 1996. N. 16. P. 945.
  22. ГОСТ473.4-81 [Russian Standard GOST 473.4–81, 1981 (in Russian)].
  23. Нечипоренко А.П. Донорно-акцепторные свойства поверхности твердофазных систем. Индикаторный метод. Лань, 2017. 284с.
  24. Сычев М.М., Минакова Т.С., Слижов Ю.Г., Шилова О.А. Кислотно-основные характеристики поверхности твердых тел и управление свойствами материалов и композитов //Санкт-Петербург: Химиздат, 2016. 271 с.
  25. Shilova O.A., Antipov V.N., Tikhonov P.A., Kruchinina I.Y., Panova T.I., Morozova L.V., Moskovskaya V.V., Kalinina M.V., Tsvetkova I.N. Ceramic nanocomposites based onoxides of transition metals of ionistors //Glass Physics andChemistry. 2013. V. 39. P. 570–578.
  26. Pivovarova A.P., Strakhov V.I.,Popov V.P. On the mechanism of electron conductivity in lanthanummetaniobate //Technical Physics Letters. 2002. V. 28. P. 815–817.
  27. Пальгуев С.Ф., Гильдерман В.К., Земцов В.И. Высокотемпературные оксидныеэлектронные проводники для электрохимических устройств. Москва: Наука. 1990. 197 с.ISBN 5-02-001490-7

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences