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.

В настоящей работе исследовано влияние влажности на деградацию микроструктуры никелевых металлокерамических композиционных материалов с содержанием кобальта 0, 10, 20, 40, 60% масс. в металлической фазе. Увеличение концентрации кобальта благоприятно сказывается на стабильности микроструктуры и электропроводности во времени, что говорит о перспективности подхода к модификации анодов твердооксидных топливных элементов на основе легирования их кобальтом.

Методом горячего шликерного литья были получены детали из алюмомагнезиальной шпинели для керамической газовой системы для применения в высокотемпературных трубчатых твердооксидных топливных элементах. Проверена возможность герметизации разработанной системы с использованием стеклогерметиков и осуществлена сборка трубчатого твердооксидного топливного элемента с газовым узлом из керамических деталей. 

Твердые полимерные электролиты являются одним из перспективных материалов для твердотельных суперконденсаторов. В данной работе были получены твердые полимерные электролиты на основе полиуретанового эластомера (ПУ-ПФЛ100), наполненного раствором LiBF4 в N-метил-2- пирролидоне.

Представлен новый дизайн интерконнектора для трубчатых твердооксидных топливных элементов, в котором функции электрического соединения и механического/газового распределения разделены. Электрическое соединение элементов реализовано отдельной металлической проволокой, прокладываемой по окружности каркаса. Разработан состав пасты и параметры струйной 3D-печати, а также режим спекания, позволившие получить плотные образцы с высокой микротвердостью.

Предложена модификация метода фазовой инверсии, позволяющая контролировать геометрические параметры (диаметры, толщину стенки, степень соосности) анодных микротрубчатых подложек твердооксидных топливных элементов с высокой точностью. Благодаря особенностям процесса фазовой инверсии, протекающего одновременно с плавлением растворителя, были получены анодные микротрубки, обладающие повышенными значениями пористости и газопроницаемости по сравнению с трубками, полученными традиционным методом экструзии с фазовой инверсией.

Микротрубчатые мембраны состава La0.6Sr0.2Ba0.2Fe0.7Ni0.1Co0.2O3−δ были получены методами фазовой инверсии и погружения в суспензию с последующим спеканием на воздухе. Аттестация полученных микротрубчатых мембран осуществлялась методами рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа, а также методом сканирующей электронной микроскопии. Проведен подбор оптимальной температуры спекания, которая определялась целевым применением микротрубчатых мембран и соответствующими требованиями к их микроструктуре.

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.

Синтезированы и исследованы катализаторы восстановления кислорода в щелочном электролите на основе многостенных углеродных нанотрубок, модифицированных мочевиной, фталоцианинами железа, кобальта и палладием. Проведены физико-химические исследования поверхности синтезированных материалов методами порометрии, КР-спектроскопии, рентгенофазового анализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Наибольшую площадь поверхности имеет катализатор, допированный фталоцианинами металлов (MWCNT(Urea)_CoPc_FePc_Pd).