RU2542752C1 - Способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция - Google Patents
Способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542752C1 RU2542752C1 RU2014105215/07A RU2014105215A RU2542752C1 RU 2542752 C1 RU2542752 C1 RU 2542752C1 RU 2014105215/07 A RU2014105215/07 A RU 2014105215/07A RU 2014105215 A RU2014105215 A RU 2014105215A RU 2542752 C1 RU2542752 C1 RU 2542752C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strontium manganite
- powder
- hours
- temperature
- lanthanum strontium
- Prior art date
Links
Images
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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция, и может быть использовано для изготовления твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), работающих при высоких температурах. Способ включает формирование пористой структуры посредством обжига порошка манганита лантана-стронция при температуре синтеза не менее 1300°C, при этом сначала проводят обжиг порошка манганита лантана-стронция при температурах 1100°C и 1200°C на воздухе с изотермическими выдержками 14 и 10 часов соответственно, а затем полученный порошок прессуют с использованием в качестве связующего 1%-ного раствора полибутилметакрилата в ацетоне в количестве 0,2 мл на 5 г порошка, окончательный синтез осуществляют при температуре 1450°C на воздухе в течение 10 часов. В предложенном способе не предусмотрено использование порообразователя, при этом полученные оксиды примерно обладают одинаковой пористостью, в частности 20-25% процентов при температуре спекания 1450°C, что является техническим результатом изобретения. 5 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция для электрохимических устройств, в частности твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), эксплуатируемых при высоких температурах.
Использование в электрохимических устройствах пористых катодных материалов известно. Пористость этих материалов должна быть в пределах 20-40% и должна сохраняться в процессе эксплуатации ТОТЭ. В тех случаях когда при формировании ячеек электроды ТОТЭ являются несущими, они должны изготавливаться при температуре выше температуры формирования на них газоплотного твердого электролита (≥1300°C).
Известно, что для формирования пористой структуры материалов на основе LSM при температурах выше 1250°C в качестве порообразователя используют графит (K. Yamahara etc. Catalyst-infiltrated supporting cathode for thin-film SOFCs // Solid States Ionics. 2005. №176. P.451-456) [1]. Количество порообразователя варьировалось, а температура спекания оставалась неизменной и составляла T=1250°C. При введении 45% графита относительно керамического материала (LSM) пористость катодного материала составляет 40-45%, а при использовании 50% графита - примерно 51-58%.
Пористые катодные подложки из La0.6Sr0.4MnO3 с пористостью 30-35% для твердооксидных топливных элементов с пленочным электролитом были получены в работе (А.А. Куртеева и др. Возможности регулирования микроструктуры и электропроводности несущих катодных подложек из La(Sr)MnO3 // Электрохимия. 2010. Т.46. №7. С.864-872) [2]. При использовании различных условий их приготовления (керамический и «полухимический» способы синтеза исходных порошков, различный уровень их диспергирования, использование порообразователя, введение спекающей добавки) показано, что за счет перечисленных факторов температуру спекания подложек LSM до получения относительной плотности 65-70% можно изменять от 1050 до 1350-1400°C. Это позволит получать на таких подложках электролитные пленки из порошков с различной способностью к спеканию. Этот способ взят за прототип заявленного изобретения.
Известные способы получения пористых катодных материалов основаны на введении в порошок LSM порообразователя для последующего формирования пористой подложки. К существенным недостаткам введения порообразователя в порошок LSM относится неполное выгорание угля, что может привести к ряду факторов, вызывающих деградацию катодов: образование карбонатов, блокирующих реакцию обмена, различные механические и термические перенапряжения и другие.
Задача настоящего изобретения заключается в получении пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция для высокотемпературных электрохимических устройств без дефектов, вызываемых применением порообразователя.
Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция, который, как и известный, включает формирование пористой структуры посредством обжига порошка манганита лантана-стронция при температуре синтеза не менее 1300°C. Способ отличается тем, что вначале производят обжиг порошка манганита лантана-стронция при температурах 1100°C и 1200°C на воздухе с изотермическими выдержками 14 и 10 часов соответственно, полученные порошки прессуют с использованием в качестве связующего 1%-ного раствора полибутилметакрилата (ПБМА) в ацетоне в количестве 0,2 мл на 5 г порошка. Большее количество ПБМА будет увеличивать вязкость связующего вещества, что препятствует равномерному его распределению в порошке. Окончательный синтез осуществляют при температуре T=1450°C на воздухе в течение 10 часов.
В заявленном способе получение пористого материала La1-xSrxMnO3±δ при температуре синтеза выше 1300°C происходит за счет кинетики роста и спекания зерен в процессе многостадийного обжига шихты. При этом начальный этап обжига при температурах 1100°C и 1200°C на воздухе с изотермическими выдержками 14 и 10 часов при каждой температуре соответственно приводит к увеличению среднего размера частиц порошка с 0.5 до 2 мкм и уменьшению удельной поверхности порошка с 6 до 0.86 м2/г. Прессование полученных порошков с использованием связующего - 1%-ного раствора полибутилметакрилата в ацетоне улучшает формование материала. Окончательный синтез, который осуществляют при температуре 1450°C на воздухе в течение 10 часов, позволяет получить однофазную пористую керамику состава La1-xSrxMnO3±δ. Введение в шихту порообразователя при этом не требуется, что исключает загрязнение образцов. Заявленное изобретение дает возможность получения керамики с пористостью 20-25% при температуре спекания 1450°C без использования порообразователя.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в получении пористой керамики при высокой температуре синтеза без применения порообразователя.
Способ осуществляли следующим образом. Оксиды La1-xSrxMnO3±δ синтезировали по керамической технологии. В качестве исходных компонентов использовали La2O3 (ЛаО-Д), Mn2O3 (ос.ч.) и SrCO3 (ос.ч.). Исходные вещества смешивали в стехиометрическом соотношении с учетом потерь при прокаливании. Полученные порошки подвергали начальному обжигу при 1100°C с изотермической выдержкой 14 часов (4.5 ч +5 ч + 4.5 ч) и при 1200°C на воздухе с изотермической выдержкой 10 часов. Для гомогенизации порошка, обеспечивающей улучшение спекаемости материала, на промежуточных стадиях синтеза, то есть через 4.5, 5, 4.5 ч обжига при 1100°C и после обжига при 1200°C обжигаемый порошок перетирали в этиловом спирте.
Полученные порошки прессовали в форме прямоугольного параллелепипеда, в качестве связующего вещества использовали 1%-ный раствор ПБМА в ацетоне. Окончательный синтез катодного материала осуществляли при 1450°C на воздухе в течение 10 часов.
Для аттестации и контроля синтезируемого материала на промежуточных стадиях в процессе синтеза оксидов La1-xSrxMnO3±δ методом низкотемпературной адсорбции азота определяли удельную поверхность частиц полученного материла. Методом лазерного светорассеяния определяли распределение размеров частиц. На рисунках приведены микрофотографии с поперечного сечения спеченного материала La0.6Sr0.4MnO3-δ. На фиг.1 представлены функции распределения размеров частиц порошка, где кривая 1 соответствует функции распределения размеров частиц смеси исходных компонентов, кривая 2 - функции распределения размеров частиц шихты после обжига при T=1100°C в течение 4.5 ч, кривая 3 - функции распределения размеров частиц шихты после обжига 1100°C в течение 5 ч, кривая 4 - функции распределения размеров частиц шихты после обжига при 1100°C в течение 4.5 ч и 1200°C в течение 10 ч. На фиг.2 изображена микрофотография сечения спеченного материала La0.6Sr0.4MnO3-δ в излучении вторичных электронов, на фиг.3 - микрофотография сечения спеченного материала La0.6Sr0.4MnO3-δ в обратно рассеянных электронах. На фиг.4 и 5 представлены микрофотографии с поверхности оксидов состава LaMnO3±δ, La0.6Sr0.4MnO3-δ соответственно.
Как видно из рисунков, представленных на фиг.2 и 3, полученный оксид однофазный и не содержит включения дополнительных фаз. Контраст на изображениях, приведенных на фиг.2 и 3, обусловлен, главным образом, химическим составом исследуемой поверхности. Из микрофотографий, представленных на фиг.4 и 5, видно, что полученные оксиды имеют примерно одинаковую пористость.
Таким образом, заявленный способ позволяет без применения порообразователя изготавливать катодные материалы на основе манганита лантана-стронция керамики с пористостью 20-25% при температуре спекания 1450°C.
Claims (1)
- Способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция, включающий формирование пористой структуры посредством обжига порошка манганита лантана-стронция при температуре синтеза не менее 1300°C, отличающийся тем, что вначале проводят обжиг порошка манганита лантана-стронция при температурах 1100°C и 1200°C на воздухе с изотермическими выдержками 14 и 10 часов соответственно, полученные порошки прессуют с использованием в качестве связующего 1%-ного раствора полибутилметакрилата в ацетоне в количестве 0,2 мл на 5 г порошка, окончательный синтез осуществляют при температуре 1450°C на воздухе в течение 10 часов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014105215/07A RU2542752C1 (ru) | 2014-02-11 | 2014-02-11 | Способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014105215/07A RU2542752C1 (ru) | 2014-02-11 | 2014-02-11 | Способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2542752C1 true RU2542752C1 (ru) | 2015-02-27 |
Family
ID=53289967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014105215/07A RU2542752C1 (ru) | 2014-02-11 | 2014-02-11 | Способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2542752C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681947C1 (ru) * | 2017-12-08 | 2019-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Твердооксидный протонпроводящий материал |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2125324C1 (ru) * | 1996-11-11 | 1999-01-20 | Горина Лилия Федоровна | Способ изготовления единичного высокотемпературного топливного элемента и его компонентов: катода, электролита, анода, токопрохода, интерфейсного и электроизолирующего слоев |
RU2332754C1 (ru) * | 2007-05-22 | 2008-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Трубчатый твердооксидный топливный элемент с металлической опорой, его трубчатый металлический пористый опорный слой и способы их изготовления |
RU2361332C1 (ru) * | 2007-12-12 | 2009-07-10 | "ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького" | Топливный элемент |
RU2380790C1 (ru) * | 2007-08-31 | 2010-01-27 | Текникал Юниверсити Оф Денмарк | Градиентные структуры с изменением свойств в горизонтальном направлении, предназначенные для электрохимических и электронных устройств |
CN101916872A (zh) * | 2010-08-27 | 2010-12-15 | 安徽工业大学 | 一种制备硫-氧固体氧化物燃料电池电池片的方法 |
CN102044678A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-05-04 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 固体氧化物燃料电池阴极侧电流收集材料及其制备方法 |
-
2014
- 2014-02-11 RU RU2014105215/07A patent/RU2542752C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2125324C1 (ru) * | 1996-11-11 | 1999-01-20 | Горина Лилия Федоровна | Способ изготовления единичного высокотемпературного топливного элемента и его компонентов: катода, электролита, анода, токопрохода, интерфейсного и электроизолирующего слоев |
RU2332754C1 (ru) * | 2007-05-22 | 2008-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Трубчатый твердооксидный топливный элемент с металлической опорой, его трубчатый металлический пористый опорный слой и способы их изготовления |
RU2380790C1 (ru) * | 2007-08-31 | 2010-01-27 | Текникал Юниверсити Оф Денмарк | Градиентные структуры с изменением свойств в горизонтальном направлении, предназначенные для электрохимических и электронных устройств |
RU2361332C1 (ru) * | 2007-12-12 | 2009-07-10 | "ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького" | Топливный элемент |
CN101916872A (zh) * | 2010-08-27 | 2010-12-15 | 安徽工业大学 | 一种制备硫-氧固体氧化物燃料电池电池片的方法 |
CN102044678A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-05-04 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 固体氧化物燃料电池阴极侧电流收集材料及其制备方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681947C1 (ru) * | 2017-12-08 | 2019-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Твердооксидный протонпроводящий материал |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lee et al. | Characterization of scandia stabilized zirconia prepared by glycine nitrate process and its performance as the electrolyte for IT-SOFC | |
JP4953152B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
KR101892909B1 (ko) | 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법 | |
JP5270804B1 (ja) | 燃料電池セル | |
US10581102B2 (en) | Ceria electrolyte for low-temperature sintering and solid oxide fuel cell using the same | |
JPH05190180A (ja) | 固体電解質型燃料電池の空気電極体、その製造方法及び固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
JP5717067B2 (ja) | 中低温で動作する固体酸化物燃料電池用複合カソード材料、固体酸化物燃料電池用複合カソード及び固体酸化物燃料電池用電解質−複合カソード構造体の製造方法 | |
US10059584B2 (en) | Cathode material for low temperature solid oxide fuel cells | |
US20100186220A1 (en) | Fabrication method of metal supported solid oxide fuel cell | |
Matheswaran et al. | Assisted combustion synthesis and characterization of Pr0. 6Sr0. 4MnO3±δ nano crystalline powder as cathode material for IT-SOFC | |
JP5598920B2 (ja) | 固体酸化物燃料電池用電解質緻密材料の製造方法 | |
JP2007200664A (ja) | 固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
WO2006098272A1 (ja) | イオン伝導体 | |
JP2004339035A (ja) | ランタンガレート系焼結体およびその製造方法、ならびにそれを用いた用途 | |
JP6664132B2 (ja) | 多孔質構造体とその製造方法、及びそれを用いた電気化学セルとその製造方法 | |
RU2542752C1 (ru) | Способ изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция | |
JP5116221B2 (ja) | 酸化銅粒子を含有する電極材料及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法 | |
JP6625855B2 (ja) | 水蒸気電解用セルおよびその製造方法 | |
Yu et al. | Fabrication of La0. 8Sr0. 2Ga0. 8Mg0. 2O3-δ-based micro-tubular SOFC single cells via electrophoretic deposition | |
KR100921218B1 (ko) | 고체산화물 연료전지용 연료극의 제조방법 | |
JP2006059611A (ja) | セリア系固体電解質型燃料電池及びその製造方法 | |
JP2002053374A (ja) | 固体電解質型燃料電池の空気極用及び集電体原料用複合酸化物、その製造方法、並びに固体電解質型燃料電池 | |
JP2006059610A (ja) | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 | |
JP2007012498A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用燃料電極の製造方法及び燃料電池 | |
JP6486708B2 (ja) | 燃料電池用基体の製造方法および燃料電池セルスタックの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170212 |