RU2495854C1 - Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария - Google Patents
Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495854C1 RU2495854C1 RU2012112985/03A RU2012112985A RU2495854C1 RU 2495854 C1 RU2495854 C1 RU 2495854C1 RU 2012112985/03 A RU2012112985/03 A RU 2012112985/03A RU 2012112985 A RU2012112985 A RU 2012112985A RU 2495854 C1 RU2495854 C1 RU 2495854C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cerium oxide
- solid electrolyte
- barium cerate
- solid
- electrolyte
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным композитным электролитам, и может быть использовано в средне- и высокотемпературных электрохимических устройствах. Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, имеет состав, отвечающий формуле xBaCe0.8Sm0.2O3-δ-(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-δ, где x=0.3, 0.5, 0.7. Технический результат заключается в расширении ряда твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария, обладающих повышенной термодинамической стабильностью в присутствии паров воды и углекислого газа при сохранении или повышении уровня ионной проводимости. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным композитным электролитам, и может быть использовано в средне- и высокотемпературных электрохимических устройствах.
Известен твердый электролит на основе оксида церия, допированный самарием (Ce0.8Sm0.2O2-δ, CSO) (M.R. Kosinski, R.Т. Baker. J. Power Sources. 196 (2011), p.2498) [1], а также твердый электролит на основе церата бария, допированный самарием (BaCe0.8Sm0.2O3-δ, BCS) (E. Gorbova, V. Maragou, D. Medvedev, A. Demina, P. Tsiakaras. J.Power Sources. 181 (2008), p.207-213) [2], обладающие высокой ионной проводимостью. Однако известный электролит [1] обладает высокой электронной проводимостью в восстановительных атмосферах, что снижает эффективность работы электрохимических устройств, а электролит [2] характеризуется низкой термодинамической стабильностью в атмосферах, содержащих пары воды и углекислого газа, что приводит к образованию новых фаз в электролите и снижению его электрической проводимости.
Наиболее близким по составу к предлагаемому изобретению является твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, отвечающий формуле 0.367BaCe0.8Sm0.2O3-δ-0.633Ce0.8Sm0.2O2-δ (W. Sun, Y. Jiang, Y. Wang, S. Fang, Z. Zhu, W. Liu, J. Power Sources. 196 (2011), p.62) [3]. Исследования известного электролита, полученного при массовом отношении фазы перовскита к фазе флюорита 1:1, выявили его повышенную устойчивость к парам воды и углекислого газа и высокий уровень ионной проводимости.
Задача настоящего изобретения состоит в расширении ряда твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария, обладающих повышенной устойчивостью к парам воды и углекислого газа и высоким уровнем ионной проводимости.
Для решения поставленной задачи заявлен твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, при том, что состав твердого электролита отвечает формуле xBaCe0.8Sm0.2O3-δ-(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-δ, где x=0.3, 0.5, 0.7.
Заявляемый двухфазный твердый электролит характеризуется массовыми отношениями фазы перовскита к фазе флюорита 0.447:0.553, 0.654:0.346, 0.815:0,185, что соответствует составу xBaCe0.8Sm0.2O3-δ-(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-δ, где x=0.3, 0.5, 0.7. При этом увеличение флюоритной фазы (оксид церия) в композите данного электролита приводит к повышению термодинамической стабильности материала к парам воды и углекислого газа, а увеличение перовскитной фазы (церат бария) в композите - к снижению его электронной проводимости в восстановительной атмосфере, и, как следствие, к росту ионной проводимости. Экспериментально установлено, что при массовом соотношении фазы перовскита к фазе флюорита 0.447:0.553, 0.654:0.346, 0.815:0.185 - твердый электролит обладает преимуществами обеих фаз, а именно: и повышенной термодинамической стабильностью, и высокой ионной проводимостью. При значении x, близком к 0 или 1, данный эффект практически не проявляется.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в расширении ряда твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария, обладающих повышенной термодинамической стабильностью в присутствии паров воды и углекислого газа при сохранении или повышении уровня ионной проводимости.
Изобретение иллюстрируется следующим. На рисунке представлены рентгенограммы порошков заявленного электролита xBaCe0.8Sm0.2O3-δ-(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-δ, при x=0.3; 0,5; 0,7. При этом черный кружок - фаза на основе церата бария, белый - на основе оксида церия. В таблице приведены результаты измерения электропроводности образцов заявленного твердого электролита, образца прототипа.
Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, получали методом самовоспламеняющегося синтеза из прекурсоров Ba(NO3)2, Ce(NO3)3·6H2O, Sm(NO3)3·6H2O и глицерина C3H8O3. Образцы синтезировали при температуре 1100°С в течение 3 ч и спекали при температуре 1550°C в течение 3 ч.
Рентгенофазовый анализ показал, что образцы заявленного электролита являются двухфазными твердыми растворами, состоящими из перовскитной (пространственная группа Pmcn) и флюоритной (Fm3m) фаз. Электропроводность материалов измеряли 4-зондовым методом на постоянном токе в интервале температур 500-700°C во влажном воздухе. Результаты измерений при 500°C и 700°C приведены в таблице. Из полученных данных следует, что образцы заявленного твердого электролита при 500°C не уступают по электропроводности образцу прототипа, а при 700°C превосходят ее в 5-6 раз. Вместе с тем повышенная термодинамическая стабильность образцов заявленного электролита в присутствии паров воды и углекислого газа обеспечивается флюоритовой фазой композита - оксидом церия.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет расширить ряд твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария с высокой ионной проводимостью и термодинамической стабильностью в присутствии паров воды и углекислого газа.
| Таблица | ||||||
| Образец электролита прототипа | Электропроводность на воздухе, См·см-1 | N п/п | Образцы заявленного электролита | Электропроводность на воздухе, См·см-1 | ||
| При 500°C | При 700°C | При 500°C | При 700°C | |||
| 0.367BaCe0.8Sm0.2O3-δ-0.633Ce0.8Sm0.2O2-δ | 4.0·10-3 | 4.7·10-2 | 1 | 0,3BaCe0.8Sm0.2O3-δ-0,7Ce0.8Sm0.2O2-δ | 4.5·10-3 | 25·10-2 |
| 2 | 0,5BaCe0.8Sm0.2O3-δ-0,5Ce0.8Sm0.2O2-δ | 4.0·10-3 | 20·10-2 | |||
| 3 | 0,7BaCe0.8Sm0.2O3-δ-0,3Ce0.8Sm0.2O2-δ | 5.2·10-3 | 19·10-2 | |||
Claims (1)
- Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, отличающийся тем, что состав твердого электролита отвечает формуле xBaCe0,8Sm0,2O3-δ-(1-x)Ce0,8Sm0,2O2-δ, где x=0,3, 0,5, 0,7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012112985/03A RU2495854C1 (ru) | 2012-04-03 | 2012-04-03 | Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012112985/03A RU2495854C1 (ru) | 2012-04-03 | 2012-04-03 | Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2495854C1 true RU2495854C1 (ru) | 2013-10-20 |
Family
ID=49357166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012112985/03A RU2495854C1 (ru) | 2012-04-03 | 2012-04-03 | Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2495854C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1048614A1 (en) * | 1999-04-30 | 2000-11-02 | Her Majesty in Right of Canada as represented by the Minister of Natural Resources Canada | Two-phase hydrogen permeation membrane |
| US20030124403A1 (en) * | 1999-02-17 | 2003-07-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Mixed ionic conductor and device using the same |
| US20110297894A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-12-08 | Brinkman Kyle S | Proton conducting ceramics in membrane separations |
| RU2444095C1 (ru) * | 2011-02-08 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Электрохимическое устройство |
-
2012
- 2012-04-03 RU RU2012112985/03A patent/RU2495854C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030124403A1 (en) * | 1999-02-17 | 2003-07-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Mixed ionic conductor and device using the same |
| EP1048614A1 (en) * | 1999-04-30 | 2000-11-02 | Her Majesty in Right of Canada as represented by the Minister of Natural Resources Canada | Two-phase hydrogen permeation membrane |
| US20110297894A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-12-08 | Brinkman Kyle S | Proton conducting ceramics in membrane separations |
| RU2444095C1 (ru) * | 2011-02-08 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Электрохимическое устройство |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GORBOVA E. et al "Investigation of the protonic conduction in Sm doped BaCeO 3 " Journal of Power Sources, 181 (2008) p.207-213. * |
| GORBOVA E. et al "Investigation of the protonic conduction in Sm doped BaCeO" Journal of Power Sources, 181 (2008) p.207-213. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Synthesis and characterization of BaIn0. 3− xYxCe0. 7O3− δ (x= 0, 0.1, 0.2, 0.3) proton conductors | |
| Wang et al. | Improving the chemical stability of BaCe0. 8Sm0. 2O3− δ electrolyte by Cl doping for proton-conducting solid oxide fuel cell | |
| Slade et al. | Systematic examination of hydrogen ion conduction in rare-earth doped barium cerate ceramics | |
| Chen | Highly active and stable (La 0.24 Sr 0.16 Ba 0.6)(Co 0.5 Fe 0.44 Nb 0.06) O 3− δ (LSBCFN) cathodes for solid oxide fuel cells prepared by a novel mixing synthesis method | |
| Hung et al. | The proton conduction and hydrogen permeation characteristic of Sr (Ce0. 6Zr0. 4) 0.85 Y0. 15O3− δ ceramic separation membrane | |
| Wang et al. | Synthesis, structure and protonic conduction of BaSn0. 875M0. 125O3-δ (M= Sc, Y, In and Gd) | |
| Yang et al. | Synthesis, sintering behavior and electrical properties of Ba (Zr0. 1Ce0. 7Y0. 2) O3− δ and Ba (Zr0. 1Ce0. 7Y0. 1Yb0. 1) O3− δ proton conductors | |
| Di Bartolomeo et al. | Structural analysis, phase stability and electrochemical characterization of Nb doped BaCe0. 9Y0. 1O3− x electrolyte for IT-SOFCs | |
| Kalyakin et al. | A high-temperature electrochemical sensor based on CaZr 0.95 Sc 0.05 O 3–δ for humidity analysis in oxidation atmospheres | |
| Medvedev et al. | Structural, thermomechanical and electrical properties of new (1− x) Ce0. 8Nd0. 2O2− δ–xBaCe0. 8Nd0. 2O3− δ composites | |
| Zhu et al. | A mixed electronic and protonic conducting hydrogen separation membrane with asymmetric structure | |
| Sakai et al. | Electrochemical hydrogen pumps using Ba doped LaYbO3 type proton conducting electrolyte | |
| Zhang et al. | Basic properties of proton conductor BaZr0. 1Ce0. 7Y0. 1Yb0. 1O3‐δ (BZCYYb) material | |
| Tseng et al. | BaZr0. 2Ce0. 8− xYxO3− δ solid oxide fuel cell electrolyte synthesized by sol–gel combined with composition-exchange method | |
| Yuan et al. | Hydrogen permeation and chemical stability of In-doped SrCe0. 95Tm0. 05O3− δ membranes | |
| Zhang et al. | Electrical conduction behavior of Sr substituted proton conductor Ba1− xSrxCe0. 9Nd0. 1O3− δ | |
| Yang et al. | Synthesis and characterization of gadolinium doped ceria-carbonate dual-phase membranes for carbon dioxide separation | |
| Markov et al. | Oxygen non-stoichiometry and mixed conductivity of La 0.5 Sr 0.5 Fe 1–x Mn x O 3–δ | |
| Trinh et al. | Effect of Ti substitution for Nb in double perovskite-type Ba3CaNb2O9 on chemical stability and electrical conductivity | |
| RU2495854C1 (ru) | Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария | |
| Pretschuh et al. | Electrochemical and microstructural characterization of the high‐entropy perovskite La0. 2Pr0. 2Nd0. 2Sm0. 2Sr0. 2CoO3‐δ for solid oxide cell air electrodes | |
| Hu et al. | Performance regeneration in lanthanum strontium manganite cathode during exposure to H2O and CO2 containing ambient air atmospheres | |
| Lim et al. | Conductivity Relaxation in mixed perovskite-type oxide Ba3Ca1. 18Nb1. 82O8. 73 upon oxidation/reduction and hydration/dehydration | |
| Wang et al. | Synthesis, microstructure and electrical properties of BaZr0. 9Y0. 1O3− δ: BaCe0. 86Y0. 1Zn0. 04O3− δ proton conductors | |
| Ahmed et al. | Influence of microstructure on electrical properties in BaZr0. 5In0. 5O3− δ proton conductor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150404 |