твёрдооксидные топливные элементы

Зависимость термического расширения от состава и атмосферы для молибден-допированного кобальтита лантана-стронция La0.6Sr0.4Co1−xMoxO3−δ (x = 0–0.10) была изучена методом in situ высокотемпературной рентгеновской дифракции. Определены линейные коэффициенты термического расширения в температурном диапазоне 30–750°C на воздухе. Для всего ряда составов наблюдается линейная зависимость параметров элементарной ячейки от содержания молибдена, что подчиняется закону Вегарда и свидетельствует о формировании твердых растворов.

Синтезирован новый перспективный катодный материал для твердооксидных топливных элементов кобальтит лантана стронция, допированный катионами тантала. С помощью метода квазиравновесного выделения кислорода изучена высокотемпературная десорбция кислорода, определены диапазоны изменения кислородной нестехиометрии и определены значения термодинамических функций системы в области температур (600–850°C) и парциальных давлений кислорода (∼10−5– 0.2 атм).

В работе исследовано влияние замещения катионов железа катионами никеля в структуре La0.65Ca0.35Co0.2Fe0.8O1−δ оксида на структурные и транспортные свойства электродных материалов для твердооксидных топливных элементов и электролизеров. Показано, что катионы Ni3+ изоморфно замещают катионы Fe3+ /Fe4+ в структуре перовскита. Методом Ван-дер-Пау исследована общая проводимость La0.65Ca0.35Co0.2Fe0.8−xNixO1−δ (x = 0, 0.05) материалов на воздухе в температурном диапазоне 100–850°С.

Несущие электролиты для твердооксидных топливных элементов были изготовлены с использованием струйной 3D-печати и послойной лазерной обработки печатных композиций на основе оксида церия, допированного самарием Ce0.8Sm0.2O1.95 с последующим термическим спеканием. Образцы были охарактеризованы методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и импедансной спектроскопии. Проведены измерения микротвердости по Виккерсу и статичные испытания на трехточечный изгиб.

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. 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.

Проведено компьютерное моделирование поля механических напряжений, возникающего при изготовлении и нагревании до рабочей температуры ячеек твёрдооксидных топливных элементов (ТОТЭ) трубчатой конструкции с классическими функциональными материалами (Ni-YSZ)/YSZ/LSM. Рассмотрены ячейки с несущим твёрдым электролитом и с несущим анодом, а также смоделированы остаточные напряжения, возникающие при производстве модуля конус–конус с прямым контактом анод–катод.