Особенности электропроводности сложных электролитов на основе Cu-Mn-диоксид церия

И.В. Загайнов ORCID logo , С.В. Федоров, О.С. Антонова показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 17 декабря 2020; Исправлена: 03 марта 2021; Принята: 04 марта 2021
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: И.В. Загайнов, С.В. Федоров, О.С. Антонова. Особенности электропроводности сложных электролитов на основе Cu-Mn-диоксид церия. Письма о материалах. 2021. Т.11. №2. С.152-157
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-2-152-157

Аннотация

Топливные элементы являются наиболее эффективным средством прямого преобразования накопленной химической энергии в полезную электрическую энергию. Допированный диоксид церия считается перспективным электролитом для работы в среднетемпературных областях.Топливные элементы являются наиболее эффективным средством прямого преобразования накопленной химической энергии в полезную электрическую энергию (электрохимическая реакция). Допированный диоксид церия считается перспективным электролитом для работы в среднетемпературных областях (500 – 600°C). Показано, что при этой температуре восстановлением диоксида церия можно пренебречь. Однако такие температуры не подходят для однократно допированного диоксида церия в качестве электролита в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) или других устройствах из‑за высокого электрического сопротивления. Структурная модификация твердых растворов на основе диоксида церия путем совместного легирования является одним из возможных способов улучшения их электропроводности в этом диапазоне температур. В данной работе твердые электролитные материалы на основе трехкомпонентного диоксида церия для среднетемпературных твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) были синтезированы методом соосаждения с использованием ультразвукового (УЗ) воздействия. Материалы охарактеризованы с помощью термогравиметрического анализа, дифракции рентгеновских лучей, сканирующей электронной микроскопии, метода поляризации Вагнера и спектроскопии электрохимического импеданса. Порошки изостатически прессовали при 150 МПа и спекали при 1000°C в течение 4 ч на воздухе с образованием дисков электролита для испытаний. Относительные плотности всех образцов после спекания при 1000°C составили более 90 %. Электропроводность этих материалов измерялась методом импедансной спектроскопии в диапазоне температур 500 – 750°C на воздухе. Электропроводность увеличивалась с увеличением кислородных вакансий, вызванных компенсацией заряда. Показано, что керамика Cu0.08Mn0.02Nd0.05Ce0.85O2 может стать перспективным электролитом.

Ссылки (25)

1. D. J. L. Brett, A. Atkinson, N. P. Brandon, S. J. Skinnerd. Chem. Soc. Rev. 37, 1568 (2008). Crossref
2. J. B. Goodenough. Annu. Rev. Mater. Res. 33, 91 (2003). Crossref
3. Z. Shao, M. O. Tadé. Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Materials and Applications. Springer (2016) 266 p. Crossref
4. Y.-Q. Su, L. Zhang, V. Muravev, E. J. M. Hensen. Chinese J. Catal. 41, 977 (2020). Crossref
5. C. Zhang, J. Sunarso, Z. Zhu, S. Wang, S. Liu. Solid State Ionics. 310, 121 (2017). Crossref
6. A. Arabaci. Mater. Sci. Eng. B. 260, 114646 (2020). Crossref
7. Y. Dong, S. Hampshire, J. Zhou, X. Dong, B. Lin, G. Meng, J. Eur. Ceram. Soc. 31, 2365 (2011). Crossref
8. E. Yu. Pikalova, A. N. Demina, A. K. Demin, A. A. Murashkina, V. E. Sopernikov, N. O. Esina. Inorg. Mater. 43, 735 (2007). Crossref
9. A. Arabaci. Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci. 48, 2282 (2017). Crossref
10. X. Chen, X. Sun, J. Zhou, D. Zhou, X. Zhu, J. Meng. Ceram. Int. 46, 22727 (2020). Crossref
11. J. Myung, T. H. Shin, X. Huang, G. Carins, J. T. S. Irvine. Int. J. Hydrogen Energ. 40, 12003 (2015). Crossref
12. G. Accardo, J. K. Bae, S. P. Yoon. Appl. Sci. 10, 4573 (2020). Crossref
13. S. Xu, J. Liu, K. Li, Y. Zhou, D. Xu. J. Alloy. Compd. 780, 711 (2019). Crossref
14. A. K. Devi, G. Ram kumar, C. Prerna, K. A. Bhabu, C. Daniel, V. Sabarinathan, T. R. Rajasekaran. JOM (2021). Crossref
15. I. V. Zagaynov, S. V. Fedorov, M. A. Goldberg. Process. Appl. Ceram. 13, 244 (2019). Crossref
16. I. V. Zagaynov, A. A. Konovalov, E. A. Koneva. Lett. Mater. 8, 135 (2018). Crossref
17. I. V. Zagaynov, A. V. Naumkin, Yu. V. Grigoriev. Appl. Cat. B. 236, 171 (2018). Crossref
18. Z. Zhang, W. Sigle, M. Rühle, E. Jud, L. J. Gauckler. Acta Mater. 55, 2907 (2007). Crossref
19. Y. Xue, S. An, S. Li, J. Peng, C. Cai, Y. Liu. J. Solid State Electrochem. 24, 1639 (2020). Crossref
20. N. Tian, Y. Qu, H. Men, J. Yu, X. Wang, J. Zheng. Solid State Ionics. 351, 115331 (2020). Crossref
21. J. Koettgen, M. Martin. Am. Ceram. Soc. 103, 3776 (2020). Crossref
22. N. Jaiswal, K. Tanwar, R. Suman, D. Kumar, S. Upadhyay, O. Parkash. J. Alloy. Compd. 781, 984 (2019). Crossref
23. K. Neuhaus, R. Dolle, H.-D. Wiemhöfer. J. Electrochem. Soc. 167, 044507 (2020). Crossref
24. Y.-C. Wu, C.-C. Lin. Int. J. Hydrogen Energ. 39, 7988 (2014). Crossref
25. I. V. Zagaynov, S. V. Fedorov, A. A. Konovalov, O. S. Antonova. Mater. Lett. 203, 9 (2017). Crossref

Другие статьи на эту тему