RU2583838C1 - Материал для кислородного электрода электрохимических устройств - Google Patents
Материал для кислородного электрода электрохимических устройств Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583838C1 RU2583838C1 RU2015101844/07A RU2015101844A RU2583838C1 RU 2583838 C1 RU2583838 C1 RU 2583838C1 RU 2015101844/07 A RU2015101844/07 A RU 2015101844/07A RU 2015101844 A RU2015101844 A RU 2015101844A RU 2583838 C1 RU2583838 C1 RU 2583838C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- electrical conductivity
- electrochemical devices
- oxygen electrode
- chromium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, работающих в окислительных средах в интервале температур 700-1000°C. Согласно изобретению, материал содержит оксид иттрия, оксид кальция, оксид хрома и оксид кобальта при следующих соотношениях по формуле: Y1-xCaxCr1-yCoyO3, где x=0,1; y=0,4. Максимальная электропроводность материала достигается при температуре от 700°C до 1000°C. Повышение электропроводности материала указанного состава, является техническим результатом изобретения. 2 табл.
Description
Изобретение относится к электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, работающих в окислительных средах в интервале температур 700-1000°C.
Известен материал для кислородного электрода электрохимических устройств (RU 2460178, публ. 27.08.2012) [1]. Этот материал содержит оксид празеодима в качестве оксида редкоземельного элемента, оксид стронция в качестве оксида щелочноземельного элемента, а также никель в следующих соотношениях по формуле: Pr2-xSrxCu1-yNiyO4, где x=0,16; y=0,9.
Данный материал относится к слоистым перовскитам A2BO4, преимуществом которых является хорошая проводимость при средних температурах 500-600°C. Этот материал может использоваться в среднетемпературных электрохимических устройствах. Электропроводность данного материала начинает падать при температурах выше 400-500°C.
Наиболее близким к заявляемому материалу является электродный материал для электрохимических датчиков кислорода, полученный из оксида хрома, оксида кальция и оксида самария по SU 1233028, опубл. 23.05.1986 [2]. Данный материал имеет структуру перовскита и относится к системе Sm1-xCr1-yCax+yO3, 0≤x≤0.5 при y=0; 0≤y≤0.1 при x=0. Как известно из источника (Высокотемпературные оксидные электронные проводники для электрохимических устройств // С.Ф. Пальгуев, В.К. Гильдерман, В.И. Земцов. - М.: Наука, 1990. - 197 с. ) [3], электропроводность материала из вышеприведенной системы, такой, например, как Sm1-xCaxCrO3, при температуре 900°С для состава с максимальной проводимостью Sm0,6Ca0,4CrO3, составляет 19,5 Ом-1 см-1.
Задача настоящего изобретения заключается в получении электродного материала для кислородного электрода на основе хромитов со структурой перовскита, обладающего высокой электропроводностью, применяемого в электрохимических датчиках кислорода, работающих в окислительных средах в интервале температур 700-1000°C.
Поставленная задача решается тем, что материал для кислородного электрода содержит оксид редкоземельного элемента, оксид щелочноземельного элемента и оксид хрома, при этом материал дополнительно содержит оксид кобальта, в качестве оксида редкоземельного элемента - оксид иттрия, а в качестве оксида щелочноземельного элемента - оксид кальция в следующих соотношениях по формуле: Y1-xCaxCr1-yCoyO3, где x=0,1; y=0,4.
Сущность заявленного решения заключается в том, что в подрешетку хрома перовскита дополнительно введены атомы кобальта, а в подрешетку иттрия - атомы кальция. Рентгенофазовый анализ образцов системы Y1-xCaxCr1-yCoyO3 показал, что в ней образуются высокопроводящие твердые растворы со структурой перовскита АВО3 при высоких температурах. Состав этих твердых растворов можно представить следующей формулой Y1-xCaxCr1-yCoyO3. Иттрий и кальций находятся в позициях А, а хром и кобальт в позициях В. При замещении иттрия кальцием в соединении образуется Cr4+, так иттрий и кальций проявляют стабильную валентность 3+ и 2+ соответственно, а хром является поливалентным элементом и легко переходит в четырехвалентное состояние. В результате чего реализуется перескоковый механизм по хрому, т.е. электронная дырка перескакивает от Cr4+ на Cr3+. При замещении хрома на кобальт, который также является поливалентным элементом и может проявлять валентность Co3+ и Co2+, образуется дефектность .
Рентгенофазовый анализ показал, что твердые растворы существуют при соотношениях x=0,1, y=0,0-0,4. При у>0,4 образуются плохопроводящие фазы CoO и Y2O3. При малых содержаниях кобальта электропроводность мала, так как концентрация Cr4+. Исследования электропроводности показали также, что при температурах выше 600°C, кроме механизма электропроводности по хрому дополнительно осуществляется механизм электропроводимости по кобальту, т.е. как перескок электронной дырки от Со3+ на кобальт Со2+. При этом максимальная электропроводность материала достигается при температуре от 700°C до 1000°C.
Новый технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в достижении высокой электропроводности материала для кислородного датчика, работающего в интервале температур 700-1000°C.
Материал заявленного состава получали следующим образом:
Исходные материалы:
- оксид иттрия Y2O3;
- оксид кальция СаО;
- оксид хрома Cr2O3;
- оксиды кобальта СоО, Со2О3.
Из данных материалов по керамической технологии синтезировали составы Y1-xCaxCr1-yCoyO3 (х=0,1; у=0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 и 1). Составы материала 1-10, а также условия синтеза, такие как длительность и температура обжига образцов Y1-xCaxCr1-yCoyO3 на воздухе, представлены в таблице 1. В таблице 2 приведены результаты измерения электропроводности образцов при различных температурах и давлении PO2=0,21 атм.
Рентгенофазовый анализ, осуществленный после синтеза, показал, что фазу хромита иттрия со структурой перовскита имеют составы 1-5, а составы 6-10, кроме фазы хромита иттрия, содержат фазы СоО и Y2O3. Из составов Y1-xCaxCr1-yCoyO3 (x=0,1; y=0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 и 1) были приготовлены образцы размера (35×5×5) мм для исследования электропроводности.
Измерения электропроводности осуществляли 4-зондовым методом на постоянном токе в атмосфере воздуха. Из таблицы 2 видно, что образец заявленного состава Y0.9Ca0.1Cr0.6Co0.4O3 обладает наилучшей электропроводностью в широком диапазоне высоких температур (от 700°C до 1000°C) по сравнению с образцами других составов и прототипом.
Таким образом, получен материал для кислородного электрода электрохимических устройств на основе хромита редкоземельного элемента со структурой перовскита, применяемого в электрохимических датчиках кислорода, работающих в окислительных средах в интервале температур 700-1000°C.
Claims (1)
- Материал для кислородного электрода электрохимических устройств, содержащий оксид редкоземельного элемента, оксид щелочноземельного элемента и оксид хрома, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид кобальта, при этом в качестве оксида редкоземельного элемента материал содержит оксид иттрия, а в качестве оксида щелочноземельного элемента - оксид кальция в следующих соотношениях по формуле: Y1-xCaxCr1-yCoyO3, где x=0,1; y=0,4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015101844/07A RU2583838C1 (ru) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | Материал для кислородного электрода электрохимических устройств |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015101844/07A RU2583838C1 (ru) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | Материал для кислородного электрода электрохимических устройств |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2583838C1 true RU2583838C1 (ru) | 2016-05-10 |
Family
ID=55960207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015101844/07A RU2583838C1 (ru) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | Материал для кислородного электрода электрохимических устройств |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583838C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2689253C1 (ru) * | 2015-12-10 | 2019-05-24 | Хунань Рамон Сайенс Энд Текнолоджи Ко., Лтд. | Электрод сравнения для датчика кислорода и способ его приготовления и датчик кислорода |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2738756A1 (de) * | 1977-08-27 | 1979-03-01 | Bbc Brown Boveri & Cie | Elektrochemische messzelle |
US4562124A (en) * | 1985-01-22 | 1985-12-31 | Westinghouse Electric Corp. | Air electrode material for high temperature electrochemical cells |
SU1233028A1 (ru) * | 1984-06-08 | 1986-05-23 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | Материал дл электрода электрохимических датчиков кислорода |
RU2460178C1 (ru) * | 2011-07-06 | 2012-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Материал для кислородного электрода электрохимических устройств |
-
2015
- 2015-01-21 RU RU2015101844/07A patent/RU2583838C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2738756A1 (de) * | 1977-08-27 | 1979-03-01 | Bbc Brown Boveri & Cie | Elektrochemische messzelle |
SU1233028A1 (ru) * | 1984-06-08 | 1986-05-23 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | Материал дл электрода электрохимических датчиков кислорода |
US4562124A (en) * | 1985-01-22 | 1985-12-31 | Westinghouse Electric Corp. | Air electrode material for high temperature electrochemical cells |
RU2460178C1 (ru) * | 2011-07-06 | 2012-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Материал для кислородного электрода электрохимических устройств |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2689253C1 (ru) * | 2015-12-10 | 2019-05-24 | Хунань Рамон Сайенс Энд Текнолоджи Ко., Лтд. | Электрод сравнения для датчика кислорода и способ его приготовления и датчик кислорода |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dailly et al. | Perovskite and A2MO4-type oxides as new cathode materials for protonic solid oxide fuel cells | |
Hui et al. | Conductivity and stability of SrVO3 and mixed perovskites at low oxygen partial pressures | |
Ma et al. | Ionic conduction and nonstoichiometry in BaxCe0. 90Y0. 10O3− α | |
Slade et al. | Systematic examination of hydrogen ion conduction in rare-earth doped barium cerate ceramics | |
Azimova et al. | Transport properties and stability of cobalt doped proton conducting oxides | |
JP4352594B2 (ja) | 酸化物イオン伝導体及びその製造方法並びにこれを用いた燃料電池 | |
Xie et al. | A stable and easily sintering BaCeO3-based proton-conductive electrolyte | |
Hakim et al. | Enhanced durability of a proton conducting oxide fuel cell with a purified yttrium-doped barium zirconate-cerate electrolyte | |
Medvedev et al. | Structural, thermomechanical and electrical properties of new (1− x) Ce0. 8Nd0. 2O2− δ–xBaCe0. 8Nd0. 2O3− δ composites | |
Liu et al. | A limiting current oxygen sensor prepared by a co-pressing and co-sintering technique | |
Lü et al. | PrBa0. 5Sr0. 5Co2O5+ x as cathode material based on LSGM and GDC electrolyte for intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
Maffei et al. | A direct ammonia fuel cell using barium cerate proton conducting electrolyte doped with gadolinium and praseodymium | |
Liu et al. | A limiting current oxygen sensor based on LSGM as a solid electrolyte and LSGMN (N= Fe, Co) as a dense diffusion barrier | |
Hu et al. | Synthesis, physical–chemical characterization and electrochemical performance of GdBaCo2− xNixO5+ δ (x= 0–0.8) as cathode materials for IT-SOFC application | |
Kolchina et al. | Evaluation of Ce-doped Pr 2 CuO 4 for potential application as a cathode material for solid oxide fuel cells | |
Wang et al. | Synthesis and characterization of Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8Fe0. 1Ni0. 1O3-δ cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
Knudsen et al. | Effect of A-site stoichiometry on phase stability and electrical conductivity of the perovskite Las (Ni0. 59Fe0. 41) O3− δ and its compatibility with (La0. 85Sr0. 15) 0.91 MnO3− δ and Zr0. 85Y0. 15O2. 925 | |
KR101165124B1 (ko) | 이온 전도체 | |
Penwell et al. | Conductivity of cerium doped BaFeO3− δ and applications for the detection of oxygen | |
RU2583838C1 (ru) | Материал для кислородного электрода электрохимических устройств | |
JP2009209441A (ja) | 電気化学セル | |
JP2017020815A (ja) | ガスセンサ用材料及びその製造方法、並びにこれを用いたガスセンサの製造方法 | |
KR102069861B1 (ko) | 산화물, 이를 포함하는 전해질 및 전기화학장치 | |
Choi et al. | Oxygen ion conductivity and cell performance of La0. 9Ba0. 1Ga1− xMgxO3− δ electrolyte | |
RU2460178C1 (ru) | Материал для кислородного электрода электрохимических устройств |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180122 |