RU2767036C1 - Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом - Google Patents

Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом Download PDF

Info

Publication number
RU2767036C1
RU2767036C1 RU2021123468A RU2021123468A RU2767036C1 RU 2767036 C1 RU2767036 C1 RU 2767036C1 RU 2021123468 A RU2021123468 A RU 2021123468A RU 2021123468 A RU2021123468 A RU 2021123468A RU 2767036 C1 RU2767036 C1 RU 2767036C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
praseodymium
nickelite
cobalt
doped
complex oxides
Prior art date
Application number
RU2021123468A
Other languages
English (en)
Inventor
Артем Павлович Тарутин
Станислав Алексеевич Баратов
Анна Владимировна Касьянова
Дмитрий Андреевич Медведев
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 RU2021123468A priority Critical patent/RU2767036C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2767036C1 publication Critical patent/RU2767036C1/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • 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
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению сложных оксидов на основе никелита празеодима, которые могут быть использованы в качестве воздушных электродов для среднетемпературных электрохимических устройств, таких как твердооксидные топливные элементы, электролизеры и сенсоры. Способ включает использование исходных солей прекурсоров Pr(NO3)3*6H2O, Ni(NO3)2*6H2O и Co(NO3)2*6H2O, смесь которых нагревают до 70°С с получением расплава, доводят до гомогенного твердого раствора, после чего отжигают при 1150°С в течение 5 часов. Технический результат заключается в упрощении синтеза сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом, при сокращении времени высокотемпературной обработки получаемого оксида. 2 ил.

Description

Изобретение относится к получению сложных оксидов на основе никелита празеодима, которые могут быть использованы в качестве воздушных электродов для среднетемпературных электрохимических устройств, таких как твердооксидные топливные элементы, электролизеры и сенсоры.
Известен способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима (RU2749669, опубл. 16.06.2021) [1]. Материал, содержащий никелит празеодима, модифицированный медью, получали с применением метода цитрат-нитратного сжигания из прекурсоров Pr(NO3)3*6H2O, Cu(NO3)2*4H2O и Ni(NO3)2*6H2O. Исходные соли растворяли в дистиллированной воде с добавлением лимонной кислоты в соотношении 1.5 молекулы кислоты к 1 катиону металла в растворе. Полученный раствор нагревали до 150°С до частичного выпаривания воды и образования прозрачного геля, который нагревали при 350°С до его самовоспламенения. В результате сгорания образовывались мелкодисперсные порошки требуемого состава. Полученные порошки синтезировали двухстадийно при 1100°С и 1150°С в течение 5 ч и спекали при 1450°С в течение 5 ч. Спеченный образец состава Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ является однофазным и обладает структурой типа каменной соли, принадлежащей к рядам Раддлесдена-Поппера.
Таким образом, известный цитрат-нитратный метод позволяет получать сложный оксид на основе никелита празеодима, допированного медью, из раствора прекурсоров, содержащих элементы празеодима, меди и никеля, однако экспериментально доказано, что он малопригоден для получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированных кобальтом. Кроме того, промежуточные продукты, получаемые после сжигания геля, требуют двухстадийного отжига при высоких температурах, что увеличивает энергетические затраты.
Для получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированных кобальтом, известен способ, заключающийся в сжигании смеси органических солей необходимых металлов (C. Berger et al. / Synthesis and characterization of the novel K2NiF4-type oxide Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ // Solid State Ionics 2018. V. 316. P. 93–101) [2]. В данном способе использовали растворы солей Pr(COOCH3)3 (> 99.9%), Ni(COOCH3)2 (> 99.0%), и Co(COOCH3)2 (> 98%), которые тщательно перемешивали в стехиометрических соотношениях до номинального состава Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ и затем гомогенизировали. Полученный гомогенный раствор помещали в жидкий азот. После замерзания, смесь жидкого азота и замороженного раствора хранили в морозильной камере до полного испарения жидкого азота. Замороженную смесь сушили в течение девяти суток, после чего подвергали второй стадии сублимационной сушки в течение трех дней. Высушенный порошок перемешивали в агатовой ступке, переносили в платиновый тигель и обжигали при 600°C в течение 6 ч на воздухе. После измельчения проводили заключительную стадию прокаливания при 1200°C в течение 8 до формирования конечного продукта.
Для реализации данного способа получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированных кобальтом, из растворов солей прекурсоров, содержащих элементы празеодима, никеля и кобальта, требуется длительный цикл обработки исходных солей, необходимость использования дорогостоящих веществ, таких как жидкий азот и особо чистые соли на основе уксусной кислоты. Требуется также оборудование, такое, как холодильники и сублимационные сушилки.
Задача настоящего изобретения состоит в удешевлении и упрощении получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом.
Для этого предложен способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированный кобальтом, включающий использование исходных солей прекурсоров, содержащих элементы празеодим, никель и кобальт, при этом в качестве прекурсоров используют соли Pr(NO3)3*6H2O, Ni(NO3)2*6H2O и Co(NO3)2*6H2O, смесь которых нагревают до 70°С с получением расплава, доводят до гомогенного твердого раствора, после чего отжигают при 1150°С в течение 5 часов.
В отличие от прототипа, в котором сложные оксиды на основе никелита празеодима, допированного кобальтом, получают из растворов исходных солей прекурсоров с применением жидкого азота, его полного испарения, длительной двухэтапной сушки с последующим обжигом при 600°C в течение 6 ч на воздухе и прокаливанием при 1200° C в течение 8 часов, предложенный способ получения данных оксидов из расплава солей прекурсоров заявленного состава, не требует применения жидкого азота и операций, связанных с его полным испарением, а также примерно в три раза сокращает время высокотемпературной обработки получаемого оксида.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в упрощении синтеза сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом, при сокращении времени высокотемпературной обработки получаемого оксида.
Изобретение иллюстрируется рисунками. На фиг. 1 приведены данные рентгенофазового анализа материалов состава Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ, объединенные таким образом, что сверху приведены данные для материала, изготовленного предложенным способом, а снизу – изготовленного цитрат-нитратным методом синтеза; на фиг. 2 показаны микрофотографии образца Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ после термической обработки, объединенные таким образом, что сверху слева изображен общий вид слома образца; сверху справа – увеличенное изображение части слома образца; снизу – изображение полученной пористой структуры на энерго-дисперсионных картах распределения элементов.
Однофазный материал, представляющий собой сложный оксид на основе никелита празеодима, допированного кобальтом, получали из прекурсоров Pr(NO3)3*6H2O, Ni(NO3)2*6H2O и Co(NO3)2*6H2O. Навешанные нитраты (кристаллогидраты) помещали в тигель из Al2O3, нагревали до 70°С, полученный расплав доводили до гомогенного твердого раствора путем перемешивания. Смесь охлаждали до образования твердого раствора, после чего отжигали при 1150°С в течение 5 часов. В результате образовывался мелкодисперсный однофазный продукт состава Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ. Переменная δ здесь отражает количество нестехиометрического кислорода в полученном материале. Для ее определения использовали метод, известный из (A.P.Tarutin, et al. / Performance of Pr2(Ni,Cu)O4+δ electrodes in protonic ceramic electrochemical cells with unseparated and separated gas spaces// Journal of Materials Science & Technology 2021. V. 93. P. 157–168) [3].
В проведенном эксперименте для получения сложного оксида на основе никелита празеодима, допированного кобальтом, был использован также цитрат-нитратный метод синтеза. Оксид получали из раствора солей прекурсоров Pr(NO3)3*6H2O, Ni(NO3)2*6H2O и Co(NO3)2*6H2O. После самовоспламенения остатка раствора, содержащего лимонную кислоту, образующийся порошок перемешивали в агатовой ступке и однократно отжигали при 1150°С в течение 5 часов.
С помощью рентгеновского дифрактометра Rigaku D/MAX-2200VL/PC был проведен рентгенофазовый анализ материалов состава Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ полученных как заявленным, так и цитрат-нитратным методом синтеза. Анализ показал, что в отличие от цитрат-нитратного метода синтеза, заявленный способ позволяет достичь однофазности для кобальтсодержащего никелита празеодима. Микрофотографии, полученные на электронном микроскопе Phenom ProX (фиг.2), показывают, что в процессе отжига, из-за выделения большого объема газов, образуется пористая структура, размер отдельных зерен которой составляет ~1 мкм. На энерго-дисперсионных картах распределения элементов видно, что атомы всех составляющих материала распределены равномерно. Это свидетельствует о химической однородности полученного материала. Рассчитанный на основе этих данных химический состав материала близок к номинальному: Pr1.992Ni0.916Co0.097O4.003.
Таким образом, предложен способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом, состава Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ для среднетемпературных электрохимических устройств, таких как твердооксидные топливные элементы, электролизеры и сенсоры.

Claims (1)

  1. Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом, включающий использование исходных солей прекурсоров, содержащих элементы празеодим, никель и кобальт, отличающийся тем, что в качестве прекурсоров используют соли Pr(NO3)3*6H2O, Ni(NO3)2*6H2O и Co(NO3)2*6H2O, смесь которых нагревают до 70°С с получением расплава, доводят до гомогенного твердого раствора, после чего отжигают при 1150°С в течение 5 часов.
RU2021123468A 2021-08-06 2021-08-06 Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом RU2767036C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021123468A RU2767036C1 (ru) 2021-08-06 2021-08-06 Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021123468A RU2767036C1 (ru) 2021-08-06 2021-08-06 Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767036C1 true RU2767036C1 (ru) 2022-03-16

Family

ID=80736988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021123468A RU2767036C1 (ru) 2021-08-06 2021-08-06 Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767036C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820338C1 (ru) * 2023-12-18 2024-06-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) Способ электроактивации сложнооксидных воздушных электродов на основе феррита бария

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19814174A1 (de) * 1997-04-30 1998-11-05 Dow Chemical Co Kathodenzusammensetzung für Feststoff-Oxidbrennstoffzellen
RU2276430C2 (ru) * 2001-06-12 2006-05-10 Энергиеондерзоек Сентрум Недерланд Активный материал из смешанного оксида, электрод, способ изготовления электрода и электрохимическая ячейка, содержащая этот электрод
US20060216575A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-28 Ion America Corporation Perovskite materials with combined Pr, La, Sr, "A" site doping for improved cathode durability
GB2424878A (en) * 2005-04-08 2006-10-11 Ceres Power Ltd Solid oxide fuel cell cathode material with high performance in the 450-650°C range
CN108649238A (zh) * 2018-05-10 2018-10-12 中国民航大学 一种钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法
RU2749669C1 (ru) * 2020-12-24 2021-06-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Электродный материал для электрохимических устройств

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19814174A1 (de) * 1997-04-30 1998-11-05 Dow Chemical Co Kathodenzusammensetzung für Feststoff-Oxidbrennstoffzellen
RU2276430C2 (ru) * 2001-06-12 2006-05-10 Энергиеондерзоек Сентрум Недерланд Активный материал из смешанного оксида, электрод, способ изготовления электрода и электрохимическая ячейка, содержащая этот электрод
US20060216575A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-28 Ion America Corporation Perovskite materials with combined Pr, La, Sr, "A" site doping for improved cathode durability
GB2424878A (en) * 2005-04-08 2006-10-11 Ceres Power Ltd Solid oxide fuel cell cathode material with high performance in the 450-650°C range
CN108649238A (zh) * 2018-05-10 2018-10-12 中国民航大学 一种钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法
RU2749669C1 (ru) * 2020-12-24 2021-06-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Электродный материал для электрохимических устройств

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.P.Tarutin, et al./ Performance of Pr2(Ni,Cu)O4+δ electrodes in protonic ceramic electrochemical cells with unseparated and separated gas spaces// Journal of Materials Science & Technology 2021. V. 93. P. 157-168. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820338C1 (ru) * 2023-12-18 2024-06-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) Способ электроактивации сложнооксидных воздушных электродов на основе феррита бария

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Trukhanov et al. Synthesis and structure of nanocrystalline La 0.50 Ba 0.50 MnO 3
Ovenstone et al. Phase stability of BSCF in low oxygen partial pressures
HIRANO et al. Synthesis of LiAlO2 powder by hydrolysis of metal alkoxides
Chen et al. Submicron barium calcium zirconium titanate ceramic for energy storage synthesised via the co-precipitation method
Löhnert et al. Evaluation of soft chemistry methods to synthesize Gd-doped CaMnO3− δ with improved thermoelectric properties
Agrafiotis et al. Self-propagating high-temperature synthesis of MnZn-ferrites for inductor applications
CN114685165A (zh) 一种十元褐钇铌矿结构高熵氧化物陶瓷及其制备方法
RU2767036C1 (ru) Способ получения сложных оксидов на основе никелита празеодима, допированного кобальтом
RU2486161C2 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Y(ВахВе1-x)2Cu3O7-δ
Wang et al. Dielectric properties of Mg-doped Ba0. 6Sr0. 4TiO3 ceramics prepared by using sol–gel derived powders
Lin et al. Impact of reducing conditions on the stabilization of Mg0. 2Co0. 2Ni0. 2Cu0. 2Zn0. 2O high-entropy oxide
Conflant et al. The Bi2O3–Sm2O3 system: phase diagram and electrical properties
CN113963881A (zh) 一种钆基高熵钙钛矿氧化物磁致冷材料及其制备方法
Liu et al. Manganese-based A-site high-entropy perovskite oxide for solar thermochemical hydrogen production
Kumar et al. Synthesis of barium titanate by a basic pH Pechini process
Xiao et al. Molten salt synthesized La-substituted CaTiO3 thermoelectric ceramics
Devi et al. A modified citrate gel route for the synthesis of phase pure Bi2Sr2CaCu2O8 superconductor
Denisova et al. Powders based on zirconia for manufacturing solid oxide fuel cell materials
Brown et al. New Compounds In3Ti2AO10, In6Ti6BO22, and Their Solid Solutions (A: Al, Cr, Mn, Fe, or Ga; B: Mg, Mn, Co, Ni, Cu, or Zn): Synthesis and Crystal Structures
Kumar et al. Effect of metal ion concentration on synthesis and properties of La0. 84Sr0. 16MnO3 cathode material
Zvereva et al. Mechanism of formation of the complex oxide Na 2 Nd 2 Ti 3 O 10
Khamman et al. Effect of calcination conditions on phase formation and particle size of nickel niobate powders synthesized by solid-state reaction
RU2592899C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО ОКСИДА ИТТЕРБИЯ И ЖЕЛЕЗА YbFe2O4±δ
RU2601073C1 (ru) Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей керамики
Lu et al. Fabrication and microstructure of lithium nickel vanadium oxide prepared by solid-state reaction