ИСТИНА

Проект направлен на синтез и исследование катодных материалов для ТОТЭ на основе перовскитоподобных оксидов переходных металлов, обладающих кислород-ионной проводимостью. В ходе выполнения проекта будет проведен синтез различных сложных оксидов, содержащих в своем составе катионы 3d-металлов. Будут исследованы свойства полученных фаз, важные для их практического использования в качестве катодного материала в ТОТЭ. Эти свойства включают: термическоерасширение, высокотемпературная электропроводность при различных парциальных давлениях кислорода, высокотемпературная кристаллическая структура, кислород-ионная проводимость, а также химическая устойчивость по отношению к реакции со стандартными электролитами ТОТЭ.

Синтез, исследование высокотемпературных свойств, а также электрокаталитической активности в реакции восстановления кислорода новых перовскитоподобных оксидов. Изготовление и испытание модельного ТОТЭ с катодом на основе нового катодного материала.

В ходе работы обнаружен новый катодный материал для ТОТЭ на основе Pr1.35Sr0.65Ni0.75Co0.25O4-δ (PSNC). Данная фаза кристаллизуется в слоистой перовскитоподобной структуре (структурный тип K2NiF4), которая построена из блоков со структурой каменной соли, благодаря присутствию которых проявляется высокая кислород-ионная проводимость, и блоков со структурой перовскита, обеспечивающих высокую электронную проводимость. Оксид имеет ряд привлекательных свойств для катодного материала ТОТЭ, а именно: обладает высокой проводимостью (300 См/см при 900oС), КТР оксида, составляющий 13 ppmK-1, совместим с КТР электролита ТОТЭ на основе GDC, фаза имеет кислород-ионную проводимость и не взаимодействует с GDC вплоть до 1200оС. Из результатов по исследованию симметричных электрохимических ячеек PSNC/GDC/YSZ/GDC/PSNC, а также модельных ТОТЭ с катодом на основе PSNC, которые были получены в ходе выполнения работ по проекту, была показана перспективность данного материала.

По результатам исследований, проведенных в ходе выполнения проекта, обнаружен новый, представляющий интерес катодный материал на основе перовскитоподобного оксида со слоистой структурой Pr1.35Sr0.65Ni1.75Co0.25O4. Показано, что данный материал обладает совокупностью характеристик, важных для его практического использования в качестве катодного материала в ТОТЭ: Высокая электропроводность, составляющая 300 См/см при 900oС. КТР, совместимый с КТР электролита ТОТЭ на основе GDC и составляющий 13 ppm K-1. Наличие кислород-ионной проводимости материала, что было установлено нами при помощи метода вторично-ионной масс-спектрометрии (TOF-SIMS) на газоплотных керамических образцах PSNC, полученных методом искрового плазменного спекания. Отсутствие химического взаимодействия между материалом PSNC и GDC вплоть до 1200oC. В ходе выполнения работ был разработан метод синтеза PSNC, позволяющий получать высокодисперсный порошок этого оксида. Данный порошок был использован для определения условий формирования катодного слоя на основе PSNC на мембране электролита YSZ с защитным слоем GDC. В результате были подобраны экспериментальные условия формирования данного катодного слоя на электролите ТОТЭ методом трафаретной печати, позволяющие получать слоистые композиции PSNC/GDC/YSZ/GDC/PSNC. Показано, что поляризационное сопротивление интерфейса катод/электролит (ASR) для данных симметричных ячеек PSNC/GDC/PSNC составляет 0,31 Омсм2 при 800оС. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о перспективности использования нового катодного материала PSNC в качестве катода ТОТЭ. В связи с этим с помощью метода трафаретной печати были созданы модельные ТОТЭ электролит-несущей конструкции. Изучение временной зависимости вольтамперных характеристик ТОТЭ с катодом на основе PSNC показало отстутсвие деградации мощностных характеристик при токовой нагрузке в течение 120 часов. Также изготовлен ТОТЭ размером 50х50 мм2 из пластин анионного проводника 10Sc1YSZ с катодами на основе материала PSNC. Проведены сравнительные испытания ТОТЭ с катодом на основе PSNC и традиционным катодным материалом LSM. Выявлено, что ТОТЭ с катодом на основе PSNC демонстрируют худшие вольтамперные характеристики. Принимая во внимание, что по совокупности термомеханических и электропроводящих свойств материал PSNC превосходит характеристики чистого LSM, то исходя из полученного результата возникает необходимость проведения дополнительных работ по адаптации имеющихся мембран-электродных блоков под новый катодный материал.