материал для кислородного электрода электрохимических устройств
| Классы МПК: | G01N27/30 электроды, например испытательные; полуэлементы H01M4/48 неорганические оксиды или гидроксиды |
| Автор(ы): | Гильдерман В.К. |
| Патентообладатель(и): | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН |
| Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-10 публикация патента:
10.03.2000 |
Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, кислородных насосах, электролизерах и топливных элементах. Техническим результатом изобретения является получение электродного материала со слоистой структурой перовскита с хорошей проводимостью при высоких температурах. Материал для кислородного электрода содержит оксид кобальта и меди, оксид иттрия, оксид бария при следующих соотношениях по формуле:
YBa2(Cu1-xCox)3O6+
,
где х = 0,6-0,8; = 0,0-1,0. 1 табл.
Рисунок 1
YBa2(Cu1-xCox)3O6+
,где х = 0,6-0,8;
= 0,0-1,0. 1 табл.
Формула изобретения
Материал для кислородного электрода электрохимических устройств, содержащий оксиды редкоземельного элемента, щелочноземельного элемента и меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид кобальта, а в качестве оксида редкоземельного элемента выбран оксид иттрия, в качестве щелочноземельного элемента - оксид бария в следующих соотношениях по формулеYBa2(Cu1-xCox)3O6+
,где х = 0,6 - 0,8;
= 0,0 - 0,1.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, кислородных насосах, электролизерах и топливных элементах. В качестве электродного материала электрохимических устройств известно использование оксидов со структурой перовскита A1-xB1-y
Mx+yO3+ (где A - РЗЭ, B - Mn, Co, Cr; M - Mg, Ba, Sr, Ca), которые обладают хорошей электронной проводимостью из-за большой концентрации электронных дефектов и незначительной проводимостью по ионам кислорода, т.к. концентрация ионных дефектов в них мала [1, 2]. Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является применение в качестве кислородного электрода слоистого перовскита YBa2(Cu1-xFex)3O6+ (x = 0-0,2) [3]. для слоистого перовскита YBa2Cu3O6+ в интервале температур 400-950oC и Po2 = 1 - 10-6 атм изменяется в пределах от 0,0 до 1,0 [4]. Применение слоистого перовскита в качестве кислородного электрода приводит к снижению температуры, при которой устанавливаются термодинамические значения ЭДС на ячейке с твердым электролитом на основе ZrO2. Недостатком известного электродного материала является малая электропроводность YBa2(Cu1-xFex)3O6+ 
= 29 - 10 Ом-1 см-1 для составов с x = 0,0-0,2; t = 900oC и Po2 = 0,21 атм. Задачей настоящего изобретения является получение электродного материала со слоистой структурой перовскита, с хорошей проводимостью при высоких температурах. Сущность изобретения состоит в том, что в подрешетку меди слоистого перовскита (YBa2Cu3O6+) дополнительно вводятся атомы кобальта в следующих количествах по формуле:YBa2(Cu1-xCox)3O6+
;где x = 0,6 - 0,8, а
является известной величиной, равной 0,0-0,1 [4]. Сопоставленный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение отличается от известного введением атомов кобальта в подрешетку меди слоистого перовскита YBa2Cu3O6+.Изобретение иллюстрируется следующим примером. Исходные материалы:
оксид иттрия Y2O3;
оксид бария BaO;
оксид меди Cu2O;
оксид кобальта Co3O4. Из этих материалов по керамической технологии синтезировали следующие составы YBa2(Cu1-xCox)3O6+
(x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0). Обжиг проводился на воздухе при 950oC в течение 40 часов. Рентгенофазовый анализ после синтеза показал, что слоистый перовскит с орторомбической и тетрагональной фазами образуется для составов YBa2(Cu1-xCox)3O6+ (x = 0,0-0,8). Составы с большим содержанием кобальта были многофазными. Из составов YBa2(Cu1-xCox)3O6+ x = 0,0-0,9 были приготовлены образцы для исследования электропроводности следующего размера (35х5х5) мм3. Обжиг образцов проводили на воздухе при 950oC в течение 40 часов. Измерения электропроводности осуществляли 4-зондовым методом на постоянном токе. Результаты измерения приведены в таблице. Предлагаемый материал для кислородного электрода электрохимических устройств имеет структуру слоистого перовскита и обладает хорошей проводимостью при высоких температурах в окислительных средах. Литература1. Высокотемпературные оксидные электронные проводники электрохимических устройств //С. Ф.Пальгуев, В.К.Гильдерман, В.И.Земцов. - М.: Наука, 1990. - 197 с. 2. Гильдерман В.К., Земцов В.И., Кузьмин Б.В., Пальгуев С.Ф. "Материал для электрода электрохимических датчиков кислорода" А.с. N 1233028. Бюл. N 19, 23.05.86; приоритет от 8.06.84. 3. V.K.Gilderman, M.A.Andreeva and S.F.Palguev. La1,825Sr0,175
Cu1-xFexOy and YBa2(Cu1-xFex)3Oy for electrodes of electrochemical oxygen sensors //Sensors and Actuators B. 7. (1992) P. 738-741. 4. Jung-Sik Kim, David R. Gaskell. Stability Diagram for the System YBa2Cu3O7-x //J. Am. Ceram. Soc. (1994) V. 77, N. 3. P. 753-758.
Класс G01N27/30 электроды, например испытательные; полуэлементы
Класс H01M4/48 неорганические оксиды или гидроксиды
