RU1840829C - Электродная масса - Google Patents

Электродная масса

Info

Publication number
RU1840829C
RU1840829C SU3072868/07A SU3072868A RU1840829C RU 1840829 C RU1840829 C RU 1840829C SU 3072868/07 A SU3072868/07 A SU 3072868/07A SU 3072868 A SU3072868 A SU 3072868A RU 1840829 C RU1840829 C RU 1840829C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chromium carbide
electrolyte
solid electrolyte
solid
electrodes
Prior art date
Application number
SU3072868/07A
Other languages
English (en)
Inventor
А.Г. Гаврилов
А.Д. Неуймин
С.Ф. Пальгуев
Б.В. Кузьмин
Ф.Я. Гульбис
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority to SU3072868/07A priority Critical patent/RU1840829C/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU1840829C publication Critical patent/RU1840829C/ru

Links

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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердооксидным электролитом. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости за счет исключения из электродной массы драгметаллов. Согласно изобретению электродная масса состоит из смеси электронного проводника и твердого электролита состава (ZrO2)1-x(Y2O3)x, где x=0,07-0,2. В качестве электронного проводника используется карбид хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид хрома 50-90, твердый электролит 10-50. 1 табл.

Description

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и касается материалов, способных работать в качестве электродов таких устройств.
В качестве материалов для электродов, работающих в окислительной атмосфере, применяются либо оксидные композиции, обладающие электронной проводимостью [1], либо благородные металлы и металлокерамические композиции на их основе [2].
Оксидные электроды недостаточно электропроводные и изменяют электропроводность в зависимости от содержания кислорода в газовой среде.
Металлокерамические электроды на основе металлов группы железа для работы в окислительной среде не пригодны, т.к. при рабочих температурах электрохимических устройств с твердым оксидным электролитом (600°C и выше) быстро окисляются.
Наиболее близкой к заявляемой электродной массе является масса, изготовленная из смеси порошков платины и твердого оксидного электролита на основе диоксида циркония [2]. Электроды из такой массы работают вполне удовлетворительно, однако слишком дороги.
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы исключить применение драгметаллов в электродной массе и тем самым снизить стоимость электрохимических устройств с твердым оксидным электролитом и расширить область их применения.
Для достижения поставленной цели в известный электродный материал, содержащий электронный проводник и твердый электролит на основе диоксида циркония, в качестве электронного проводника вводится карбид хрома, а твердый электролит представляет собой твердый раствор оксида иттрия в диоксиде циркония, причем компоненты взяты в следующих весовых соотношениях:
карбид хрома 50-90%
твердый оксидный электролит 10-50%,
при этом содержание оксида иттрия в диоксиде циркония составляет 7,0-20,0 мол.%.
Выбор соотношения между карбидом хрома и твердым электролитом объясняется следующим. Авторами экспериментально установлено, что масса, содержащая менее 10 вес.% твердого электролита, недостаточно прочно держится на поверхности электролита и при контакте с прижимными электродами может крошиться и осыпаться. С увеличением содержания твердого электролита в электродной массе сцепление электродного материала с поверхностью твердого электролита улучшается, однако у электродных масс, содержащих 50-55 вес.% электролита резко увеличивается электросопротивление вследствие потери контакта между отдельными зернами карбида хрома. Кроме того, выбор оптимального предела добавки твердого электролита обусловлен поляризуемостью электродов: с увеличением содержания электролита поляризуемость уменьшается. Таким образом, величина добавки твердого электролита в электродную массу лежит в пределах 10-50 вес.%.
Выбор состава твердого электролита объясняется следующим. 7 мол.% - минимально необходимое количество добавки оксида иттрия в диоксид циркония для стабилизации наиболее электропроводной высокотемпературной кубической фазы диоксида циркония.
Составы, содержащие более 20 мол.% диоксида иттрия, резко уменьшают электропроводность вследствие взаимодействия образующихся при растворении дефектов.
Использование в качестве электронного проводника карбида хрома позволяет отказаться от применения драгметаллов в электродной массе без ухудшения электрохимических характеристик электродов. Предложенная электродная масса позволяет расширить область применения электрохимических устройств с твердым оксидным электролитом.
Пример 1. На поверхность таблетки твердого электролита состава 0,9ZrO2+0,1Y2O3 наносили электродную массу различного состава как в отношении соотношения карбида хрома и твердого электролита, так и в отношении состава твердого электролита. Электродная масса припекалась к поверхности таблетки при 1300°C в вакуумной печи под давлением 200 кг/см2. Электроды были химически активированы по технологии, описанной М.В.Перфильевым и С.В.Карпачевым. Была измерена катодная поляризация полученных электродов в зависимости от плотности тока при 800°С в атмосфере воздуха. Измерялась также удельная электропроводность электродных материалов различного состава, полученных горячим прессованием в вакуумной печи при 1300°C и давлением 200 кг/см2. Результаты поляризационных измерений и измерений удельного электросопротивления представлены в таблице.
Соотношение карбида хрома и тверд. электролита, вес.% Состав твердого электролита (мол.%) Удельное электросопротивление (мкОм·см) Поляризация электрода при токе 100 мА (мВ)
Cr3C2 тв. эл-т Y2O3 ZrO2
90 10 7 93 400 250
    10 90 430 230
    20 80 430 250
70 30 7 93 550 140
    10 90 550 130
    20 80 570 145
50 50 7 93 980 115
    10 90 980 110
    20 80 1100 125
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что для реальных электрохимических устройств оптимальное соотношение компонентов близко к составу 70 вес.% карбида хрома и 30 вес.% твердого электролита состава 90 мол.% ZrO2 + 10 мол.% Y2O3.
Использование предложенной авторами электродной массы в различных электрохимических устройствах с твердым оксидным электролитом обеспечивает значительный технико-экономический эффект. Так, в электрохимических датчиках кислорода замена платиновых электродов электродами на основе карбида хрома позволяет значительно снизить их стоимость. Замена кислородных электродов на основе оксидных полупроводников электродами на основе карбида хрома в таких устройствах, как топливные элементы, электролизеры для получения водорода и кислорода, позволяет снизить их внутреннее омическое сопротивление, и тем самым повысить КПД этих устройств, а также удельные весовые и электрические характеристики таких устройств при уменьшении их стоимости. Замена благородных металлов карбидом хрома в электродах топливных элементов и электролизеров позволяет существенно расширить область их практического использования.

Claims (1)

  1. Электродная масса для высокотемпературных электрохимических устройств с твердым оксидным электролитом, состоящая из смеси электронного проводника и твердого электролита состава (ZrO2)1-x(Y2O3)x, где x=0,07-0,2, отличающаяся тем, что с целью замены драгметаллов и расширения области применения, в качестве электронного проводника используется карбид хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:
    карбид хрома 50-90 твердый электролит 10-50
SU3072868/07A 1983-08-22 1983-08-22 Электродная масса RU1840829C (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU3072868/07A RU1840829C (ru) 1983-08-22 1983-08-22 Электродная масса

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU3072868/07A RU1840829C (ru) 1983-08-22 1983-08-22 Электродная масса

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1840829C true RU1840829C (ru) 2012-07-27

Family

ID=46851204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU3072868/07A RU1840829C (ru) 1983-08-22 1983-08-22 Электродная масса

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1840829C (ru)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. J. Electrochem, Soc. 116, 1170, 1969 г. 2. Патент US №3300344, кл. 136-86, 1967. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gödickemeier et al. Electrochemical characteristics of cathodes in solid oxide fuel cells based on ceria electrolytes
Tuller et al. Doped ceria as a solid oxide electrolyte
US5037525A (en) Composite electrodes for use in solid electrolyte devices
Ivers‐Tiffée et al. Ceramic and metallic components for a planar SOFC
US4276202A (en) Process for the manufacture of electrodes having perovskite structure for electrochemical high temperature cells
Eguchi Ceramic materials containing rare earth oxides for solid oxide fuel cell
Dees et al. Conductivity of Porous Ni/ZrO2‐Y 2 O 3 Cermets
CA1266375A (en) Protective interlayer for high temperature solid electrolyte electrochemical cells
GB2052761A (en) Air-fuel ration detecting apparatus
JPH01184457A (ja) 酸素センサ素子
EP0422665A2 (en) Air/fuel ratio sensor
CA2262080C (en) Solid state oxygen sensor
US4138881A (en) Resistor-type solid electrolyte oxygen sensor
Naoumidis et al. Chemical interaction and diffusion on interface cathode/electrolyte of SOFC
Khandkar et al. Materials considerations for application to solid-state electrochemical devices
JP2541530B2 (ja) 固体電解質装置及びその製造方法
US4692429A (en) Catalyst composition and multi-functional sensor
RU1840829C (ru) Электродная масса
EP0134137B1 (en) Electrochemical cell and method of producing the same
Schoulert et al. The reaction kinetics of electrodes on zirconia in H2/H2O gases
Gorelov et al. Electroconductivity, Nature of Conduction, Thermodynamic Stability of the BaPr1–x Y x O3–αCeramics
Naumovich et al. Oxygen separation using Bi2O3-based solid electrolytes
Badwal Kinetics of the oxygen transfer reaction at the (U0. 5Sc0. 5) O2±x/YSZ interface by impedance spectroscopy
JPH0244244A (ja) 電気化学的セルの製造方法
Eguchi et al. Towards a room temperature, solid state, oxygen gas sensor