RU2146360C1 - Материал для кислородного электрода электрохимических устройств - Google Patents

Материал для кислородного электрода электрохимических устройств Download PDF

Info

Publication number
RU2146360C1
RU2146360C1 RU97109771A RU97109771A RU2146360C1 RU 2146360 C1 RU2146360 C1 RU 2146360C1 RU 97109771 A RU97109771 A RU 97109771A RU 97109771 A RU97109771 A RU 97109771A RU 2146360 C1 RU2146360 C1 RU 2146360C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxygen
electrode
yba
electrochemical
electrochemical devices
Prior art date
Application number
RU97109771A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97109771A (ru
Inventor
В.К. Гильдерман
Original Assignee
Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН
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 Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН filed Critical Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН
Priority to RU97109771A priority Critical patent/RU2146360C1/ru
Publication of RU97109771A publication Critical patent/RU97109771A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2146360C1 publication Critical patent/RU2146360C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • 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
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • H01M4/9025—Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
    • H01M4/9033—Complex oxides, optionally doped, of the type M1MeO3, M1 being an alkaline earth metal or a rare earth, Me being a metal, e.g. perovskites
    • 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
    • H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8689—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • 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)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, кислородных насосах, электролизерах и топливных элементах. Техническим результатом изобретения является получение электродного материала со слоистой структурой перовскита с хорошей проводимостью при высоких температурах. Материал для кислородного электрода содержит оксид кобальта и меди, оксид иттрия, оксид бария при следующих соотношениях по формуле:
YBa2(Cu1-xCox)3O6+δ,
где х = 0,6-0,8; δ = 0,0-1,0. 1 табл.

Description

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, кислородных насосах, электролизерах и топливных элементах.
В качестве электродного материала электрохимических устройств известно использование оксидов со структурой перовскита A1-xB1-y•Mx+yO3+δ (где A - РЗЭ, B - Mn, Co, Cr; M - Mg, Ba, Sr, Ca), которые обладают хорошей электронной проводимостью из-за большой концентрации электронных дефектов и незначительной проводимостью по ионам кислорода, т.к. концентрация ионных дефектов в них мала [1, 2].
Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является применение в качестве кислородного электрода слоистого перовскита YBa2(Cu1-xFex)3O6+δ (x = 0-0,2) [3]. δ для слоистого перовскита YBa2Cu3O6+δ в интервале температур 400-950oC и Po2 = 1 - 10-6 атм изменяется в пределах от 0,0 до 1,0 [4]. Применение слоистого перовскита в качестве кислородного электрода приводит к снижению температуры, при которой устанавливаются термодинамические значения ЭДС на ячейке с твердым электролитом на основе ZrO2.
Недостатком известного электродного материала является малая электропроводность YBa2(Cu1-xFex)3O6+δ σ = 29 - 10 Ом-1 • см-1 для составов с x = 0,0-0,2; t = 900oC и Po2 = 0,21 атм.
Задачей настоящего изобретения является получение электродного материала со слоистой структурой перовскита, с хорошей проводимостью при высоких температурах.
Сущность изобретения состоит в том, что в подрешетку меди слоистого перовскита (YBa2Cu3O6+δ) дополнительно вводятся атомы кобальта в следующих количествах по формуле:
YBa2(Cu1-xCox)3O6+δ;
где x = 0,6 - 0,8, а δ является известной величиной, равной 0,0-0,1 [4].
Сопоставленный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение отличается от известного введением атомов кобальта в подрешетку меди слоистого перовскита YBa2Cu3O6+δ.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Исходные материалы:
оксид иттрия Y2O3;
оксид бария BaO;
оксид меди Cu2O;
оксид кобальта Co3O4.
Из этих материалов по керамической технологии синтезировали следующие составы YBa2(Cu1-xCox)3O6+δ (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0). Обжиг проводился на воздухе при 950oC в течение 40 часов.
Рентгенофазовый анализ после синтеза показал, что слоистый перовскит с орторомбической и тетрагональной фазами образуется для составов YBa2(Cu1-xCox)3O6+δ (x = 0,0-0,8). Составы с большим содержанием кобальта были многофазными.
Из составов YBa2(Cu1-xCox)3O6+δ x = 0,0-0,9 были приготовлены образцы для исследования электропроводности следующего размера (35х5х5) мм3. Обжиг образцов проводили на воздухе при 950oC в течение 40 часов. Измерения электропроводности осуществляли 4-зондовым методом на постоянном токе. Результаты измерения приведены в таблице.
Предлагаемый материал для кислородного электрода электрохимических устройств имеет структуру слоистого перовскита и обладает хорошей проводимостью при высоких температурах в окислительных средах.
Литература
1. Высокотемпературные оксидные электронные проводники электрохимических устройств //С. Ф.Пальгуев, В.К.Гильдерман, В.И.Земцов. - М.: Наука, 1990. - 197 с.
2. Гильдерман В.К., Земцов В.И., Кузьмин Б.В., Пальгуев С.Ф. "Материал для электрода электрохимических датчиков кислорода" А.с. N 1233028. Бюл. N 19, 23.05.86; приоритет от 8.06.84.
3. V.K.Gilderman, M.A.Andreeva and S.F.Palguev. La1,825Sr0,175•Cu1-xFexOy and YBa2(Cu1-xFex)3Oy for electrodes of electrochemical oxygen sensors //Sensors and Actuators B. 7. (1992) P. 738-741.
4. Jung-Sik Kim, David R. Gaskell. Stability Diagram for the System YBa2Cu3O7-x //J. Am. Ceram. Soc. (1994) V. 77, N. 3. P. 753-758.

Claims (1)

  1. Материал для кислородного электрода электрохимических устройств, содержащий оксиды редкоземельного элемента, щелочноземельного элемента и меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид кобальта, а в качестве оксида редкоземельного элемента выбран оксид иттрия, в качестве щелочноземельного элемента - оксид бария в следующих соотношениях по формуле
    YBa2(Cu1-xCox)3O6+δ,
    где х = 0,6 - 0,8;
    δ = 0,0 - 0,1.
RU97109771A 1997-06-10 1997-06-10 Материал для кислородного электрода электрохимических устройств RU2146360C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109771A RU2146360C1 (ru) 1997-06-10 1997-06-10 Материал для кислородного электрода электрохимических устройств

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109771A RU2146360C1 (ru) 1997-06-10 1997-06-10 Материал для кислородного электрода электрохимических устройств

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97109771A RU97109771A (ru) 1999-05-20
RU2146360C1 true RU2146360C1 (ru) 2000-03-10

Family

ID=20194059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97109771A RU2146360C1 (ru) 1997-06-10 1997-06-10 Материал для кислородного электрода электрохимических устройств

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2146360C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460178C1 (ru) * 2011-07-06 2012-08-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Материал для кислородного электрода электрохимических устройств
RU2670427C1 (ru) * 2017-10-13 2018-10-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Способ модификации электродных материалов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Пальгуев С.Ф. и др. Высокотемпературные оксидные электронные проводники электрохимических устройств. - М.: Наука, 1990, с. 11, 12. J. - S.Kim et al. Stability Diagram for the System YBa 2 Cu 3 O 7-x . J.Am. Ceram. Soc., 1994, v.77, N 3, p.753-758. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460178C1 (ru) * 2011-07-06 2012-08-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Материал для кислородного электрода электрохимических устройств
RU2670427C1 (ru) * 2017-10-13 2018-10-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Способ модификации электродных материалов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nomura et al. Electrical conduction behavior in (La0. 9Sr0. 1) MIIIO3− δ (MIII= Al, Ga, Sc, In, and Lu) perovskites
KR100352099B1 (ko) 혼합이온 전도체 및 이것을 이용한 장치
JP2882104B2 (ja) プロトン伝導体およびその製造方法
Iwahara et al. Proton conduction in sintered oxides based on BaCeO3
US4562124A (en) Air electrode material for high temperature electrochemical cells
US5393397A (en) Oxygen sensor
Hammouche et al. Electrical and thermal properties of Sr-doped lanthanum manganites
US20040026668A1 (en) Oxide ion conductor, manufacturing method therefor, and fuel cell using the same
Tealdi et al. Ionic conductivity in melilite-type silicates
KR101165124B1 (ko) 이온 전도체
Laidoudi et al. Investigation of the bulk conductivity of BaZr0. 95M0. 05O3-α (M= Al, Er, Ho, Tm, Yb and Y) under wet N2
JP2864928B2 (ja) 混合イオン導電体
Naoumidis et al. Chemical interaction and diffusion on interface cathode/electrolyte of SOFC
Sakabe et al. Nonreducible mechanism of {(Ba1-xCax) O} mTiO2 (m> 1) ceramics
RU2146360C1 (ru) Материал для кислородного электрода электрохимических устройств
Majewski et al. Phase Diagram Studies in the Systems La2O3–SrO–Ga2O3, La2O3–MgO–Ga2O3, and SrO–MgO–Ga2O3 at 1400 C in Air
RU2460178C1 (ru) Материал для кислородного электрода электрохимических устройств
JP2951887B2 (ja) 混合イオン導電体
Shimura et al. Protonic and oxide–ionic conduction in Srm+ 1 (Ti1− xInx) mO3m+ 1− α (m= 1, 2 and∞) at high temperature
JP3607352B2 (ja) ＢａＣｅＯ３系イオン伝導性セラミックス及びその製造方法
RU2583838C1 (ru) Материал для кислородного электрода электрохимических устройств
JP3446649B2 (ja) 酸化物イオン伝導体の製造方法
JP3152789B2 (ja) 導電性セラミックス
Iwahara et al. Oxide ion conduction in highly electronic conductors based on SrMnO3− δ
RU2079935C1 (ru) Активный электрод для высокотемпературных электрохимических устройств с твердым электролитом

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080611