Регистрация / Вход
Прислать материал

Новые электродные материалы для твердооксидных топливных элементов, функционирующих с использованием углеводородных топлив

Фамилия
Носкова
Имя
Валентина
Отчество
Анатольевна
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Материаловедения полупроводников и диэлектриков
Академическая группа
ММП-15-1
Научный руководитель
к.ф.-м.н., доцент Подгорный Д.А.
Название тезиса
Новые электродные материалы для твердооксидных топливных элементов, функционирующих с использованием углеводородных топлив
Тезис

Недостатком традиционных анодов ТОТЭ на основе никеля и допированного диоксида циркония является низкая устойчивость никеля по отношению к окислению и быстрая деградация при использовании углеводородного или серосодержащего топлива. Поэтому актуален поиск анодных материалов, устойчивых в условиях функционирования и обладающих высокой активностью.

Известно, что металлический никель и железо и оксид FeO обладают высокой электропроводностью и каталитической активностью, в то время как наличие железа препятствует процессам зауглероживания. Поэтому в данной работе в качестве таких анодных материалов представлены оксиды состава Fe3-xNixO4 (х = 0.4 – 1.5). Рентгенофазовый анализ показал, что никель растворим в Fe3-xNixO4 до х ≈ 1.0.

Удельная электропроводность керамики на основе исследуемых оксидов проявляет термически-активированный характер и достигает 50 – 100 См/см, поэтому можно ожидать высоких мощностных характеристик ТОТЭ. Коэффициенты термического расширения материалов составляют (11.5 – 12.0) × 10-6 К-1 в высокотемпературной области, что предполагает механическую совместимость анодов с другими компонентами ТОТЭ.

При восстановлении оксидов в атмосфере влажного H2 – Ar образуется фаза на основе FeO и никельсодержащие металлические наночастицы на поверхности оксидных фаз, что может обеспечить высокую каталитическую активность анодного материала. Удельная электропроводность при восстановлении скачкообразно увеличивается вследствие образования указанных высокопроводящих фаз.

Оптимальные электрохимические характеристики наблюдаются при 40 – 60 % объемном содержании электродного материала в композите Fe3-xNixO4 – YSZ; в частности, поляризационное сопротивление анодов составляет 0.5 – 1.5 Ом*см2 при 600 - 700 0С, при этом значительный вклад в сопротивление обусловлен замедленной газовой диффузией в порах электродного слоя. На данном этапе работы оптимизация микроструктуры электрода не проводилась, потому полученные в работе результаты указывают на высокий потенциал материалов в качестве анодов ТОТЭ.