RU2634475C1 - Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte - Google Patents

Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte Download PDF

Info

Publication number
RU2634475C1
RU2634475C1 RU2016149362A RU2016149362A RU2634475C1 RU 2634475 C1 RU2634475 C1 RU 2634475C1 RU 2016149362 A RU2016149362 A RU 2016149362A RU 2016149362 A RU2016149362 A RU 2016149362A RU 2634475 C1 RU2634475 C1 RU 2634475C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
nickel
powder
electrolyte
anode material
Prior art date
Application number
RU2016149362A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Звёздкин
Максим Алексеевич Конопелько
Николай Николаевич Баталов
Ирина Витальевна Звёздкина
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 RU2016149362A priority Critical patent/RU2634475C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634475C1 publication Critical patent/RU2634475C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14Fuel cells with fused electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method includes treating the powder of metallic nickel or nickel-containing alloy with an aluminium-containing precursor. As an aluminium-containing precursor, a water-alcohol solution of Al(NO3)3⋅9H2O. The powder is impregnated with a precursor, dried at a temperature of 30-70°C, and then calcined at a temperature of 250-280°C.
EFFECT: invention makes it possible to simplify the producing process and to increase the functional characteristics of the porous gas diffusion anode.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к высокотемпературным топливным элементам с расплавленным карбонатным электролитом.The invention relates to the field of electrochemical energy, namely to high-temperature fuel cells with molten carbonate electrolyte.

Современная конструкция топливного элемента с расплавленным карбонатным электролитом (РКТЭ) предполагает планарную геометрию, в которой пластины пористых газодиффузионных анода и катода разделены пластиной матричного электролита, представляющего собой пористую керамическую матрицу, пропитанную жидким электролитом, которым является расплав карбонатов металлов. Причем поры матричного электролита должны быть полностью заполнены жидким электролитом, а поры анода и катода должны быть заполнены жидким электролитом только частично. Для эффективной и долговременной работы РКТЭ важно обеспечить равномерное распределение электролита между анодом и катодом, а также долговременную стабильность пористой структуры анода, катода и матричного электролита. Основу материала анода составляет металлический никель, смачиваемость электролитом которого значительно ниже, чем смачиваемость материала катода, что приводит к неравному распределению электролита между анодом и катодом. Для повышения смачиваемости и стабилизации пористой структуры анода используются сплавы никеля с алюминием или хромом. Стоимость приготовления мелкодисперсных порошков из таких сплавов значительно выше по сравнению с традиционной карбонильной технологией приготовления порошков из чистого никеля. Кроме того, в случае сплавов никеля с алюминием, область существования сплава ограничена 5 мол.% алюминия, что может быть недостаточно для обеспечения хорошей смачиваемости электролитом и стабилизации пористой структуры. Для преодоления указанных недостатков предложены технические решения, в которых для повышения смачиваемости и устойчивости пористой структуры анода в материал анода вводятся керамические добавки, такие как Al2O3, LiAlO2, CeO2 и ряд других.The modern design of a fuel cell with molten carbonate electrolyte (RKTE) involves a planar geometry in which the plates of the porous gas diffusion anode and cathode are separated by a matrix electrolyte plate, which is a porous ceramic matrix impregnated with a liquid electrolyte, which is a metal carbonate melt. Moreover, the pores of the matrix electrolyte should be completely filled with liquid electrolyte, and the pores of the anode and cathode should be filled with liquid electrolyte only partially. For effective and long-term operation of the RHEC, it is important to ensure uniform distribution of the electrolyte between the anode and cathode, as well as long-term stability of the porous structure of the anode, cathode, and matrix electrolyte. The basis of the anode material is metallic nickel, the electrolyte wettability of which is much lower than the wettability of the cathode material, which leads to unequal distribution of the electrolyte between the anode and cathode. To increase the wettability and stabilization of the porous structure of the anode, nickel alloys with aluminum or chromium are used. The cost of preparing fine powders from such alloys is much higher compared to the traditional carbonyl technology for the preparation of powders from pure nickel. In addition, in the case of nickel-aluminum alloys, the region where the alloy exists is limited to 5 mol% of aluminum, which may not be enough to ensure good wettability by the electrolyte and stabilization of the porous structure. To overcome these drawbacks, technical solutions have been proposed in which ceramic additives, such as Al 2 O 3 , LiAlO 2 , CeO 2, and several others, are introduced into the anode material to increase the wettability and stability of the anode porous structure.

В общем случае процесс приготовления пористого газодиффузионного анода включает следующие стадии: (1) подготовка никелевого прекурсора; (2) приготовление шликера; (3) изготовление сырой анодной пластины методом шликерного литья; (4) выжигание связки ex-situ и при необходимости дополнительная обработка отожженной пластины. Последняя стадия не всегда обязательна, поскольку выжигание связки может быть проведено непосредственно в топливном элементе в процессе технологического запуска. Известны технологические решения предполагающие введение стабилизирующей керамической добавки на одной любой из перечисленных стадий.In general, the process for preparing a porous gas diffusion anode involves the following steps: (1) preparing a nickel precursor; (2) preparing a slip; (3) production of a crude anode plate by slip casting; (4) burning the ex situ ligament and optionally further treating the annealed plate. The last stage is not always necessary, since the burning of the bundle can be carried out directly in the fuel cell during the technological start-up. Technological solutions are known involving the introduction of a stabilizing ceramic additive at any one of these stages.

Известен способ изготовления анода РКТЭ [патент US 6585931 B1, МПК H01M8/14, опубл. 01.07.2003], в котором в качестве исходного никельсодержащего материала используется смесь порошка металлического никеля с порошком оксида алюминия, на поверхность которого никель нанесен методом осаждения из раствора. Данный способ позволяет повысить устойчивость анода по отношению к пластической деформации.A known method of manufacturing an anode of RKTE [patent US 6585931 B1, IPC H01M8 / 14, publ. 07/01/2003], in which a mixture of metallic nickel powder with aluminum oxide powder is used as the initial nickel-containing material, on the surface of which nickel is deposited by solution deposition. This method allows to increase the stability of the anode with respect to plastic deformation.

Однако данный способ не обеспечивает необходимого повышения смачиваемости поверхности анода электролитом. Другим недостатком способа является неоходимость проведения двух высокотемпературных отжигов при 400°С и 800°С в восстановительной атмосфере, что усложняет способ изготовления анода и повышает его стоимость.However, this method does not provide the necessary increase in wettability of the surface of the anode by electrolyte. Another disadvantage of this method is the need for two high-temperature anneals at 400 ° C and 800 ° C in a reducing atmosphere, which complicates the method of manufacturing the anode and increases its cost.

Известен способ изготовления анода РКТЭ [патент US 6824913 B2, МПК H01M8/14, опубл. 30.11.2004], в котором в качестве исходного анодного материала используется металлический никель или металлические никельсодержащие сплавы и смеси, а керамическая добавка вводится не путем обработки исходного металлического порошка, а путем обработки уже сформированной пористой пластины анода. Пластина пропитывается золем, содержащим керамическую добавку, и затем высушивается на воздухе при 100°С. Процедура пропитки и сушки повторяется несколько раз до получения необходимой плотности керамического покрытия. Данный способ позволяет повысить как устойчивость анода по отношению к пластической деформации, так и смачиваемость электролитом.A known method of manufacturing an anode of RKTE [patent US 6824913 B2, IPC H01M8 / 14, publ. November 30, 2004], in which metallic nickel or metallic nickel-containing alloys and mixtures are used as the anode starting material, and the ceramic additive is introduced not by processing the initial metal powder, but by treating the already formed porous plate of the anode. The plate is impregnated with a sol containing a ceramic additive, and then dried in air at 100 ° C. The impregnation and drying procedure is repeated several times until the required density of the ceramic coating is obtained. This method improves both the stability of the anode with respect to plastic deformation and the wettability of the electrolyte.

Недостатком данного способа является необходимость дополнительных манипуляций со сформированной анодной пластиной, которые повышают риск повреждения пластины и увеличивают трудоемкость способа. Данный способ также включает отжиг при высокой температуре в восстановительной атмосфере, что усложняет процедуру изготовления анода и повышает его стоимость.The disadvantage of this method is the need for additional manipulations with the formed anode plate, which increase the risk of damage to the plate and increase the complexity of the method. This method also includes annealing at high temperature in a reducing atmosphere, which complicates the procedure for manufacturing the anode and increases its cost.

Известен способ изготовления анода РКТЭ [патент US 8163437 B2, МПК H01M8/14, опубл. 24.04.2012], в котором порошки никелевого сплава и керамической добавки смешиваются в процессе приготовления шликера. После отливки шликера и сушки получившаяся анодная пластина ламинируется на никелевую сетку. Данный способ позволяет повысить как устойчивость анода по отношению к пластической деформации, так и смачиваемость электролитом и при этом не требует предварительного высокотемпературного отжига анодной пластины.A known method of manufacturing an anode of RKTE [patent US 8163437 B2, IPC H01M8 / 14, publ. 04.24.2012], in which powders of a nickel alloy and a ceramic additive are mixed during the preparation of a slip. After slip casting and drying, the resulting anode plate is laminated to a nickel mesh. This method improves both the stability of the anode with respect to plastic deformation and the wettability of the electrolyte and does not require prior high-temperature annealing of the anode plate.

Указанный способ предполагает содержание керамики в анодной пластине от 5 до 50 об.%. Такое высокое содержание керамической добавки значительно снижает площадь активной поверхности электрода и повышает омические потери в нем, что приводит к снижению эффективности топливного элемента в целом.The specified method involves the ceramic content in the anode plate from 5 to 50 vol.%. Such a high content of ceramic additives significantly reduces the area of the active surface of the electrode and increases ohmic losses in it, which leads to a decrease in the efficiency of the fuel cell as a whole.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение [Lee H., Lee I., Lee D., Lim H. Novel application of aluminum salt for cost-effective fabrication of a highly creep-resistant nickel-aluminum anode for a molten carbonate fuel cell // J. Power Sources. 2006. V. 162. No. 2. P. 1088.], которое выбрано за прототип. В данном способе в качестве исходного анодного материала используется порошок никеля карбонильного, а в качестве керамической добавки используется оксид Al2O3, который вводится в виде порошка алюминийсодержащего прекурсора Al(OH)(CH3COO)2 на стадии приготовления шликера. Данный способ позволяет повысить устойчивость анода по отношению к пластической деформации и повысить смачиваемость электролитом.Closest to the claimed invention is a technical solution [Lee H., Lee I., Lee D., Lim H. Novel application of aluminum salt for cost-effective fabrication of a highly creep-resistant nickel-aluminum anode for a molten carbonate fuel cell // J. Power Sources. 2006. V. 162. No. 2. P. 1088.], which is selected for the prototype. In this method, carbonyl nickel powder is used as the starting anode material, and Al 2 O 3 oxide is used as a ceramic additive, which is introduced in the form of a powder of an aluminum-containing precursor Al (OH) (CH 3 COO) 2 at the stage of preparing the slip. This method allows to increase the stability of the anode with respect to plastic deformation and to increase the wettability of the electrolyte.

Недостатком данного способа является необходимость проведения высокотемпературного отжига 1000–1100°С сформированной пластины анода в восстановительной атмосфере, что усложняет технологию и повышает ее стоимость.The disadvantage of this method is the need for high-temperature annealing of 1000–1100 ° C of the formed anode plate in a reducing atmosphere, which complicates the technology and increases its cost.

Заявляемое изобретение решает задачу упрощения технологии и повышает функциональные характеристики изготавливаемого анода за счет технического результата, заключающегося в более равномерном распределении керамической добавки и формировании дополнительной ультрамелкодисперсной фракции никеля. Сформированная методом шликерного литья сырая пластина анода не требует высокотемпературного отжига ex-situ в восстановительной атмосфере. The claimed invention solves the problem of simplifying the technology and improves the functional characteristics of the manufactured anode due to the technical result, which consists in a more uniform distribution of the ceramic additive and the formation of an additional ultrafine fraction of nickel. The crude anode plate formed by slip casting does not require high temperature ex situ annealing in a reducing atmosphere.

Технический результат достигается тем, что для обработки исходного никелевого порошка в качестве алюминийсодержащего прекурсора используется водно-спиртовой раствор Al(NO3)3⋅9H2O. В известных технических решениях керамический прекурсор имеет форму суспензии, а не раствора, что требует дополнительных мер для равномерного распределения прекурсора по материалу анода, тогда как в предлагаемом техническом решении, для обеспечения равномерного распределения керамической добавки, достаточно пропитать исходный никельсодержащий порошок раствором прекурсора требуемой концентрации. В отличие от известных технических решений, предлагаемая форма растворенного прекурсора не является химически инертной по отношению к никелю, причем протекающее химическое взаимодействие дает два дополнительных технических результата. Во-первых, формирование зародышей кристаллов керамической фазы Al2O3 происходит на поверхности никеля, что обеспечивает лучшую адгезию по сравнению с механическим смешиванием твердых фаз; во-вторых, происходит частичное окисление металлического никеля до NiO, который при последующем восстановлении в процессе технологического запуска топливного элемента образует дополнительную мелкодисперсную фракцию металлического никеля, дающую дополнительное повышение смачиваемости и электрохимической активности анода. The technical result is achieved by the fact that for the processing of the initial nickel powder as an aluminum-containing precursor, a water-alcohol solution of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O is used. In the known technical solutions, the ceramic precursor has the form of a suspension rather than a solution, which requires additional measures for uniform distribution of the precursor over the anode material, whereas in the proposed technical solution, to ensure uniform distribution of the ceramic additive, it is sufficient to impregnate the original nickel-containing powder creates a precursor of the desired concentration. In contrast to the known technical solutions, the proposed form of the dissolved precursor is not chemically inert with respect to nickel, and the ongoing chemical interaction gives two additional technical results. First, the formation of nuclei of crystals of the ceramic phase Al 2 O 3 occurs on the surface of nickel, which provides better adhesion in comparison with mechanical mixing of solid phases; secondly, partial oxidation of metallic nickel to NiO occurs, which upon subsequent reduction during the technological start-up of the fuel element forms an additional finely divided fraction of metallic nickel, which gives an additional increase in the wettability and electrochemical activity of the anode.

Протекающее химическое взаимодействие имеет комплексную природу. Одновременно протекают процессы гидролиза нитрата алюминия, зародышеобразование и рост фазы Al2O3, восстановление нитрат-иона, окисление этилового спирта, частичное окисление никеля. Суммарный процесс является экзотермическим, поэтому важно подобрать соотношение воды, этилового спирта и Al(NO3)3⋅9H2O таким образом, чтобы, с одной стороны, процесс протекал с практически достаточной скоростью, с другой стороны, чтобы не происходил спонтанный перегрев реакционной смеси. The flowing chemical interaction has a complex nature. At the same time, hydrolysis of aluminum nitrate proceeds, nucleation and growth of the Al 2 O 3 phase, reduction of the nitrate ion, oxidation of ethyl alcohol, partial oxidation of nickel. The total process is exothermic, so it is important to choose the ratio of water, ethyl alcohol and Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O in such a way that, on the one hand, the process proceeds at a practically sufficient speed, on the other hand, so that spontaneous overheating of the reaction does not occur mixtures.

После обработки никелевого порошка водно-спиртовым раствором Al(NO3)3⋅9H2O образовавшийся композитный порошок высушивается при температуре 30–70°С, затем прокаливается при температуре 250–280°С для удаления остатков нитратов. Полученный никельсодержащий композитный порошок может быть использован для приготовления шликера и изготовления сырой анодной пластины по технологии шликерного литья или каландрования. After treating the nickel powder with a water – alcohol solution of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O, the resulting composite powder is dried at a temperature of 30–70 ° С, then calcined at a temperature of 250–280 ° С to remove nitrate residues. The resulting nickel-containing composite powder can be used to prepare a slip and to manufacture a crude anode plate using slip casting or calendering technology.

Приведенные ниже примеры подтверждают, но не исчерпывают предлагаемое изобретение.The following examples confirm, but do not exhaust, the invention.

Пример 1Example 1

Согласно заявляемому техническому решению для изготовления анодного материала порошок карбонильного никеля предварительно обрабатывается алюминийсодержащим прекурсором. Для этого готовится водно-спиртовая смесь – к 60 мл воды добавляется 50 мл этилового спирта и перемешивается. К полученной смеси добавляется 4.18 г Al(NO3)3⋅9H2O и перемешивается до полного растворения. Порошок карбонильного никеля со средним размером частиц 2.5 мкм просеивается через сито с размером ячейки 20 мкм для отделения возможных примесей агломерированных частиц. Берется навеска просеянного порошка 99 г, помещается в кювету и заливается приготовленным водно-спиртовым раствором Al(NO3)3⋅9H2O. Смесь выдерживается в течение часа до завершения протекания реакций, затем сушится при 40°С в течение 4 часов, затем прокаливается в атмосфере воздуха при 260°С в течение 8 часов. После охлаждения прокаленная смесь диспергируется и просеивается через сито с размером ячейки 20 мкм. Изготовленный таким образом анодный материал далее используется для изготовления пористого газодиффузионного анода по известной технологии шликерного литья. На фигурах 1 и 2 представлены микрофотографии исходного и обработанного карбонильного никеля соответственно. На фигуре 2 видно, что исходный порошок никеля покрывается продуктами реакции равномерно. Содержание добавки Al2O3в обработанном порошке составляет 0.57 вес.%.According to the claimed technical solution for the manufacture of anode material, carbonyl nickel powder is pre-treated with an aluminum-containing precursor. For this, a water-alcohol mixture is prepared - 50 ml of ethyl alcohol is added to 60 ml of water and mixed. 4.18 g of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O is added to the resulting mixture and mixed until completely dissolved. Carbonyl nickel powder with an average particle size of 2.5 μm is sieved through a sieve with a mesh size of 20 μm to separate possible impurities of agglomerated particles. A sample of sifted powder of 99 g is taken, placed in a cuvette and poured with a prepared aqueous-alcohol solution of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O. The mixture is aged for one hour until the completion of the reaction, then it is dried at 40 ° C for 4 hours, then calcined in an atmosphere of air at 260 ° C for 8 hours. After cooling, the calcined mixture is dispersed and sieved through a sieve with a mesh size of 20 μm. The anode material thus prepared is then used for the manufacture of a porous gas diffusion anode using the known slip casting technology. In figures 1 and 2 presents micrographs of the source and treated carbonyl nickel, respectively. Figure 2 shows that the initial Nickel powder is coated with the reaction products evenly. The content of Al 2 O 3 additive in the treated powder is 0.57 wt.%.

Для приготовления шликера 100 г подготовленного анодного материала смешиваются с органической композицией, содержащей 14 мл циклогексанона, 17 мл изобутанола, 10 г поливинилбутираля, 6 мл дибутилфталата и 1.5 мл дисперсанта DISPERBYK-104S. Получившаяся шликерная смесь гомогенизируется в планетарной мельнице в течение 40 часов, после чего используется для изготовления сырой анодной пластины методом шликерного литья.To prepare the slip, 100 g of the prepared anode material are mixed with an organic composition containing 14 ml of cyclohexanone, 17 ml of isobutanol, 10 g of polyvinyl butyral, 6 ml of dibutyl phthalate and 1.5 ml of DISPERBYK-104S dispersant. The resulting slip mixture is homogenized in a planetary mill for 40 hours, after which it is used to make a crude anode plate using slip casting.

Сырая анодная пластина, полученная на предыдущем этапе по заявляемой технологии, не требует дополнительной обработки ex-situ и может быть использована для сборки стека топливного элемента с выжиганием органической связки непосредственно в процессе технологического запуск. На фигуре 3 представлены результаты испытаний лабораторного макета карбонатного топливного элемента с анодами, приготовленными из необработанного порошка карбонильного никеля и порошка, содержащего 0.57 вес.% Al2O3. Показано, что введение керамической добавки приводит, во-первых, к повышению максимальной плотности тока с 198 до 305 мА/см2 при напряжении на единичном элементе 0.7 В; во-вторых, расширяется доступная область оптимальных степеней заполнения электролитом и, в-третьих, оптимальная область смещается в сторону больших степеней заполнения электролитом. Все три результата являются выигрышными для эффективной и долговременной работы топливного элемента.The crude anode plate obtained at the previous stage according to the claimed technology does not require additional ex situ processing and can be used to assemble a stack of a fuel cell with burning an organic binder directly during a technological start-up. The figure 3 presents the test results of a laboratory model of a carbonate fuel cell with anodes made from untreated carbonyl nickel powder and a powder containing 0.57 wt.% Al 2 O 3 . It is shown that the introduction of a ceramic additive leads, first, to an increase in the maximum current density from 198 to 305 mA / cm 2 at a voltage of 0.7 V per unit cell; secondly, the available region of optimal degrees of electrolyte filling expands and, thirdly, the optimal region shifts toward higher degrees of electrolyte filling. All three results are beneficial for efficient and long-term operation of the fuel cell.

Пример 2Example 2

Готовится 110 мл водно-спиртовой смеси с концентрацией этилового спирта 40 об.%. К полученной смеси добавляется 2.0 г Al(NO3)3⋅9H2O и перемешивается до полного растворения. Порошок никель-хромового сплава Х20Н80 просеивается через сито с размером ячейки 20 мкм. Берется навеска просеянного порошка 99.5 г, помещается в кювету и заливается приготовленным водно-спиртовым раствором Al(NO3)3⋅9H2O. Смесь выдерживается в течение часа до завершения протекания реакций, затем сушится при 70°С в течение 4 часов, затем прокаливается в атмосфере воздуха при 250°С в течение 8 часов. После охлаждения прокаленная смесь диспергируется и просеивается через сито с размером ячейки 20 мкм. Содержание добавки Al2O3 в обработанном порошке составляет 0.27 вес.%. Изготовленный таким образом анодный материал далее используется для изготовления пористого газодиффузионного анода по технологии шликерного литья, приведенной в примере 1. Введение керамической добавки приводит, во-первых, к повышению максимальной плотности тока с 198 до 265 мА/см2 при напряжении на единичном элементе 0.7 В; во-вторых, расширяется доступная область оптимальных степеней заполнения электролитом и, в-третьих, оптимальная область смещается в сторону больших степеней заполнения электролитом (Фиг. 3).Preparing 110 ml of a water-alcohol mixture with a concentration of ethyl alcohol of 40 vol.%. 2.0 g of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O is added to the resulting mixture and mixed until completely dissolved. X20H80 nickel-chrome alloy powder is sieved through a sieve with a mesh size of 20 μm. A sample of 99.5 g sifted powder is taken, placed in a cuvette and poured with a prepared aqueous-alcohol solution of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O. The mixture is aged for one hour until the completion of the reaction, then dried at 70 ° C for 4 hours, then calcined in an atmosphere of air at 250 ° C for 8 hours. After cooling, the calcined mixture is dispersed and sieved through a sieve with a mesh size of 20 μm. The content of Al 2 O 3 additive in the treated powder is 0.27 wt.%. The anode material thus prepared is then used for the manufacture of a porous gas diffusion anode using the slip casting technology described in Example 1. The introduction of a ceramic additive leads, first, to an increase in the maximum current density from 198 to 265 mA / cm 2 at a unit voltage of 0.7 AT; secondly, the available region of optimal degrees of filling with electrolyte expands and, thirdly, the optimal region shifts toward higher degrees of filling with electrolyte (Fig. 3).

Пример 3Example 3

Готовится 110 мл водно-спиртовой смеси с концентрацией этилового спирта 50 об.%. К полученной смеси добавляется 12.5 г Al(NO3)3⋅9H2O и перемешивается до полного растворения. Порошок карбонильного никеля ПНК-1 просеивается через сито с размером ячейки 20 мкм. Берется навеска просеянного порошка 97 г, помещается в кювету и заливается приготовленным водно-спиртовым раствором Al(NO3)3⋅9H2O. Смесь выдерживается в течение часа до завершения протекания реакций, затем сушится при 30°С в течение 8 часов, затем прокаливается в атмосфере воздуха при 280°С в течение 8 часов. После охлаждения прокаленная смесь диспергируется и просеивается через сито с размером ячейки 20 мкм. Содержание добавки Al2O3 в обработанном порошке составляет 1.73 вес.%. Изготовленный таким образом анодный материал далее используется для изготовления пористого газодиффузионного анода по технологии шликерного литья, приведенной в примере 1. Введение керамической добавки приводит, во-первых, к повышению максимальной плотности тока с 198 до 282 мА/см2 при напряжении на единичном элементе 0.7 В; во-вторых, расширяется доступная область оптимальных степеней заполнения электролитом и, в-третьих, оптимальная область смещается в сторону больших степеней заполнения электролитом (Фиг. 3).Preparing 110 ml of a water-alcohol mixture with a concentration of ethyl alcohol of 50 vol.%. To the resulting mixture, 12.5 g of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O is added and mixed until completely dissolved. PNK-1 carbonyl nickel powder is sieved through a sieve with a mesh size of 20 μm. A sample of the sifted powder is taken 97 g, placed in a cuvette and poured with a prepared aqueous-alcohol solution of Al (NO 3 ) 3 ⋅ 9H 2 O. The mixture is aged for one hour until the completion of the reaction, then it is dried at 30 ° C for 8 hours, then calcined in air at 280 ° C for 8 hours. After cooling, the calcined mixture is dispersed and sieved through a sieve with a mesh size of 20 μm. The content of Al 2 O 3 additive in the treated powder is 1.73 wt.%. The anode material thus prepared is then used for the manufacture of a porous gas diffusion anode using the slip casting technology described in Example 1. The introduction of a ceramic additive leads, first, to an increase in the maximum current density from 198 to 282 mA / cm 2 at a unit voltage of 0.7 AT; secondly, the available region of optimal degrees of filling with electrolyte expands and, thirdly, the optimal region shifts toward higher degrees of filling with electrolyte (Fig. 3).

Claims (1)

Способ изготовления анодного материала для топливного элемента с расплавленным карбонатным электролитом, включающий обработку порошка металлического никеля или никельсодержащего сплава алюминийсодержащим прекурсором, отличающийся тем, что порошок металлического никеля или никельсодержащего сплава обрабатывают водно-спиртовым раствором нитрата алюминия с концентрацией этилового спирта 40–50 об.%, а порошок, полученный после обработки прекурсором, сушат при температуре 30–70°С, а затем прокаливают в атмосфере воздуха при температуре 250–280°С. A method of manufacturing an anode material for a fuel cell with a molten carbonate electrolyte, comprising treating a powder of metallic nickel or a nickel-containing alloy with an aluminum-containing precursor, characterized in that the powder of metallic nickel or a nickel-containing alloy is treated with a water-alcohol solution of aluminum nitrate with an ethyl alcohol concentration of 40-50 vol.% and the powder obtained after treatment with a precursor is dried at a temperature of 30–70 ° C, and then calcined in an atmosphere of air at a temperature of 2 50–280 ° C.
RU2016149362A 2016-12-15 2016-12-15 Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte RU2634475C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149362A RU2634475C1 (en) 2016-12-15 2016-12-15 Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149362A RU2634475C1 (en) 2016-12-15 2016-12-15 Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634475C1 true RU2634475C1 (en) 2017-10-31

Family

ID=60263613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016149362A RU2634475C1 (en) 2016-12-15 2016-12-15 Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634475C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US465937A (en) * 1891-12-29 Rein-holder
US4828613A (en) * 1986-09-01 1989-05-09 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Powdery raw material for manufacturing anodes of fuel cells
US5354627A (en) * 1992-08-13 1994-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Molten carbonate fuel cell
RU87833U1 (en) * 2008-03-24 2009-10-20 Михаил Рудольфович Предтеченский FUEL CELL

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US465937A (en) * 1891-12-29 Rein-holder
US4828613A (en) * 1986-09-01 1989-05-09 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Powdery raw material for manufacturing anodes of fuel cells
US5354627A (en) * 1992-08-13 1994-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Molten carbonate fuel cell
RU87833U1 (en) * 2008-03-24 2009-10-20 Михаил Рудольфович Предтеченский FUEL CELL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5391391B2 (en) Method for producing NiO-ceramic composite powder
RU2008134998A (en) METALLOCERAMIC ANODIC STRUCTURE (OPTIONS) AND ITS APPLICATION
JP5218419B2 (en) Nickel oxide powder material for solid oxide fuel cell, method for producing the same, fuel electrode material using the same, fuel electrode, and solid oxide fuel cell
JPH0584032B2 (en)
US7557057B2 (en) Method for preparation of highly dispersed supported platinum catalyst
CN109659575B (en) Nickel-doped molybdenum carbide/palladium composite material and preparation and application thereof
JP2003288905A (en) Method of manufacturing for electrode catalyst
JP5359499B2 (en) Composite nickel oxide powder material for solid oxide fuel cell, method for producing the same, and fuel electrode material using the same
KR101872572B1 (en) Core-shell catalyst and method for palladium-based core particle
RU2634475C1 (en) Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte
Lu et al. Solution combustion synthesis of high-entropy metal spinel oxide as oxygen evolution reaction catalyst
CN110483219B (en) Cubic structure composite energetic material and preparation method thereof
KR101756695B1 (en) Method of preparing Ni/YSZ core-shell structures by using surfactant and ultrasonication
CN103831097B (en) Nanocatalyst lanthanum strontium manganese oxygen material and its preparation method and application
TW200417517A (en) Manufacturing method to improve oxygen ion conductivity
EP2374177A1 (en) Method for making a nickel cermet electrode
JP2004335131A (en) Fuel electrode for solid oxide fuel cell and its manufacturing method
RU2523693C1 (en) Method of obtainment of solid oxide fuel cell with double-layer carrier cathode
JPS60150558A (en) Production method of fuel electrode for melted carbonate type fuel cell
CN113646953A (en) Catalyst for air electrode, and metal-air secondary battery
JP2016024909A (en) Method for manufacturing metal-deposited oxide particles, metal-deposited oxide particle, electrode catalyst, metal-air secondary battery and fuel battery
RU2820338C1 (en) Method for electric activation of complex oxide air electrodes based on barium ferrite
KR20190113095A (en) Synthetic method of single phase oxide for hydrogen storage with TiO2 crystal phase and single phase oxide for hydrogen storage using the same
KR102251048B1 (en) SnO2 NANOPARTICLE HAVING POROUS STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JPH05225987A (en) Manufacture of fuel electrode of solid electrolyte type fuel cell