Топливные элементы

Зависимость кислородной стехиометрии от парциального давления кислорода и температуры для допированного лантаном и ниобием феррита стронция La0.4Sr0.6Fe0.95Nb0.05O3-δ (LSFNb5) была изучена в динамических экспериментах по квазиравновесному выделению кислорода (КРВК). Равновесная диаграмма в координатах «Т – lg(pO2) – 3-δ» получена в температурном диапазоне 700-900 °С и парциальных давлениях кислорода pO2 = 10-4 – 0.2 атм. Определен диапазон изменения стехиометрии, проанализированы термодинамические параметры процесса выделения кислорода из оксида.

Разработана методика подготовки прекурсоров для получения анодных несущих трубчатых основ из композита NiO/YSZ. Подобрано оптимальное количество порообразователя для создания развитой пористости несущего анода. Показана взаимосвязь между способами получения анодных и электролитных функциональных слоёв ТОТЭ.

В данной работе цитрат-нитратным методом синтезирован материал La0.9Sr0.1Sс0.4Mn0.6O3-δ, методом импеданса изучены его электрохимические характеристики в составе симметричных ячеек в сравнении с модельным Pt электродом. Показано, что поляризационное сопротивление электрода, изготовленного из исследуемого материала примерно на два порядка ниже поляризационного сопротивления модельного Pt электрода, на основании чего состав La0.9Sr0.1Sс0.4Mn0.6O3-δ может быть предложен как перспективный катодный материал для протон-керамических топливных элементов.

Для получения электролитных материалов со структурой пирохлора требуются высокие температуры синтеза и активные к спеканию порошки, размер частиц которых чем меньше, тем выше плотность получаемых образцов. Синтез высокодисперсных оксидных порошков допированного цирконата лантана осуществлен серией методов с целью установления влияния условий эксперимента на микроструктуру получаемых порошков и керамики.

Изучены электрохимические характеристики ТОТЭ и анодных симметричных ячеек с классическими никель-керметными и модифицированными никель-кобальт керметными анодами методами вольтамперметрии, электрохимического импеданса и DRT. Трубчатый ТОТЭ с модифицированным анодом обладает более высокой мощностью, а также демонстрирует меньшую потерю мощности при снижении температуры, что обусловлено более высокой электропроводностью и меньшей энергией активации электродной реакции анода.

С помощью метода распределения времён релаксации (DRT) исследованы электродные процессы в трубчатом твердооксидном топливном элементе. Путём анализа емкостей процессов и изменения их энергии активации в результате последовательной активации электродов сделан вывод о локализации процессов и их природе. Наибольший вклад в общее сопротивление ячейки вносят катодные процессы на границах электрод-контакт и электрод-электролит.

В работе проведено допирование катионами Fe3+ титаната лантана меди La2/3Cu3Ti4-xFexO12- (x = 0 ÷ 1). Построена диаграмма зависимости фактора толерантности от относительной электроотрицательности катионов для всех исследуемых составов. Показано, что все составы лежат в области существования искаженного перовскита. Методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа установлена область существования твердых растворов La2/3Cu3Ti4-xFexO12-, полученных по керамической технологии, которая составила 0 ≤ x ≤ 0,4.