твердый электролит на основе оксида церия и церата бария

Классы МПК:C04B35/50 на основе соединений редкоземельных металлов 
B01D71/02 неорганический материал
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-04-03
публикация патента:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным композитным электролитам, и может быть использовано в средне- и высокотемпературных электрохимических устройствах. Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, имеет состав, отвечающий формуле xBaCe0.8Sm0.2O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 , где x=0.3, 0.5, 0.7. Технический результат заключается в расширении ряда твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария, обладающих повышенной термодинамической стабильностью в присутствии паров воды и углекислого газа при сохранении или повышении уровня ионной проводимости. 1 ил., 1 табл.

твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854

Формула изобретения

Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, отличающийся тем, что состав твердого электролита отвечает формуле xBaCe0,8Sm0,2 O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -(1-x)Ce0,8Sm0,2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 , где x=0,3, 0,5, 0,7.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным композитным электролитам, и может быть использовано в средне- и высокотемпературных электрохимических устройствах.

Известен твердый электролит на основе оксида церия, допированный самарием (Ce0.8Sm0.2 O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 , CSO) (M.R. Kosinski, R.Т. Baker. J. Power Sources. 196 (2011), p.2498) [1], а также твердый электролит на основе церата бария, допированный самарием (BaCe0.8Sm 0.2O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 , BCS) (E. Gorbova, V. Maragou, D. Medvedev, A. Demina, P. Tsiakaras. J.Power Sources. 181 (2008), p.207-213) [2], обладающие высокой ионной проводимостью. Однако известный электролит [1] обладает высокой электронной проводимостью в восстановительных атмосферах, что снижает эффективность работы электрохимических устройств, а электролит [2] характеризуется низкой термодинамической стабильностью в атмосферах, содержащих пары воды и углекислого газа, что приводит к образованию новых фаз в электролите и снижению его электрической проводимости.

Наиболее близким по составу к предлагаемому изобретению является твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, отвечающий формуле 0.367BaCe0.8Sm0.2O 3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -0.633Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 (W. Sun, Y. Jiang, Y. Wang, S. Fang, Z. Zhu, W. Liu, J. Power Sources. 196 (2011), p.62) [3]. Исследования известного электролита, полученного при массовом отношении фазы перовскита к фазе флюорита 1:1, выявили его повышенную устойчивость к парам воды и углекислого газа и высокий уровень ионной проводимости.

Задача настоящего изобретения состоит в расширении ряда твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария, обладающих повышенной устойчивостью к парам воды и углекислого газа и высоким уровнем ионной проводимости.

Для решения поставленной задачи заявлен твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, при том, что состав твердого электролита отвечает формуле xBaCe0.8 Sm0.2O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 , где x=0.3, 0.5, 0.7.

Заявляемый двухфазный твердый электролит характеризуется массовыми отношениями фазы перовскита к фазе флюорита 0.447:0.553, 0.654:0.346, 0.815:0,185, что соответствует составу xBaCe0.8Sm0.2 O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 , где x=0.3, 0.5, 0.7. При этом увеличение флюоритной фазы (оксид церия) в композите данного электролита приводит к повышению термодинамической стабильности материала к парам воды и углекислого газа, а увеличение перовскитной фазы (церат бария) в композите - к снижению его электронной проводимости в восстановительной атмосфере, и, как следствие, к росту ионной проводимости. Экспериментально установлено, что при массовом соотношении фазы перовскита к фазе флюорита 0.447:0.553, 0.654:0.346, 0.815:0.185 - твердый электролит обладает преимуществами обеих фаз, а именно: и повышенной термодинамической стабильностью, и высокой ионной проводимостью. При значении x, близком к 0 или 1, данный эффект практически не проявляется.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в расширении ряда твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария, обладающих повышенной термодинамической стабильностью в присутствии паров воды и углекислого газа при сохранении или повышении уровня ионной проводимости.

Изобретение иллюстрируется следующим. На рисунке представлены рентгенограммы порошков заявленного электролита xBaCe0.8 Sm0.2O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -(1-x)Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 , при x=0.3; 0,5; 0,7. При этом черный кружок - фаза на основе церата бария, белый - на основе оксида церия. В таблице приведены результаты измерения электропроводности образцов заявленного твердого электролита, образца прототипа.

Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, получали методом самовоспламеняющегося синтеза из прекурсоров Ba(NO3)2, Ce(NO3)3 ·6H2O, Sm(NO3)3·6H 2O и глицерина C3H8O3. Образцы синтезировали при температуре 1100°С в течение 3 ч и спекали при температуре 1550°C в течение 3 ч.

Рентгенофазовый анализ показал, что образцы заявленного электролита являются двухфазными твердыми растворами, состоящими из перовскитной (пространственная группа Pmcn) и флюоритной (Fm3m) фаз. Электропроводность материалов измеряли 4-зондовым методом на постоянном токе в интервале температур 500-700°C во влажном воздухе. Результаты измерений при 500°C и 700°C приведены в таблице. Из полученных данных следует, что образцы заявленного твердого электролита при 500°C не уступают по электропроводности образцу прототипа, а при 700°C превосходят ее в 5-6 раз. Вместе с тем повышенная термодинамическая стабильность образцов заявленного электролита в присутствии паров воды и углекислого газа обеспечивается флюоритовой фазой композита - оксидом церия.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет расширить ряд твердых электролитов на основе оксида церия и церата бария с высокой ионной проводимостью и термодинамической стабильностью в присутствии паров воды и углекислого газа.

Таблица
Образец электролита прототипа Электропроводность на воздухе, См·см-1 N п/пОбразцы заявленного электролитаЭлектропроводность на воздухе, См·см-1
При 500°CПри 700°C При 500°CПри 700°C
0.367BaCe0.8Sm 0.2O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -0.633Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 4.0·10 -34.7·10-2 10,3BaCe0.8 Sm0.2O3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -0,7Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 4.5·10-3 25·10-2
20,5BaCe0.8Sm0.2O 3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -0,5Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 4.0·10-3 20·10-2
30,7BaCe0.8Sm0.2O 3-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 -0,3Ce0.8Sm0.2O2-твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, патент № 2495854 5.2·10-3 19·10-2

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2495854

patent-2495854.pdf

Класс C04B35/50 на основе соединений редкоземельных металлов 

способ получения керамики из оксида иттербия -  патент 2527362 (27.08.2014)
способ получения газоплотной керамики на основе оксида церия и церата бария -  патент 2506246 (10.02.2014)
электролюминесцентное устройство -  патент 2436829 (20.12.2011)
способ получения gd2o2s:pr с очень кратковременным послесвечением для компьютерной томографии -  патент 2410407 (27.01.2011)
способ получения флуоресцентной керамики -  патент 2375330 (10.12.2009)
способ получения керамического материала на основе хромита лантана -  патент 2361845 (20.07.2009)
флуоресцентная керамика -  патент 2350579 (27.03.2009)
спинтронный композиционный материал -  патент 2291134 (10.01.2007)
высокотемпературный проницаемый электропроводящий материал и способ его получения -  патент 2289552 (20.12.2006)
перовскитоподобный рутенокупрат на основе тербия в качестве магнитоупорядоченного сверхпроводящего материала -  патент 2241676 (10.12.2004)

Класс B01D71/02 неорганический материал

композиционная ионообменная мембрана -  патент 2527236 (27.08.2014)
способ изготовления мембраны для выделения водорода из газовых смесей -  патент 2521382 (27.06.2014)
мембранный фильтрующий элемент для очистки агрессивных жидкостей -  патент 2519076 (10.06.2014)
твердооксидный композитный материал для мембран электрохимических устройств -  патент 2510385 (27.03.2014)
способ получения пористых, пленочных материалов на основе карбоксиметилцеллюлозы -  патент 2509784 (20.03.2014)
пористый керамический каталитический модуль и способ переработки отходящих продуктов процесса фишера-тропша с его использованием -  патент 2506119 (10.02.2014)
молекулярный фильтр для извлечения гелия из гелийсодержащих газовых смесей -  патент 2492914 (20.09.2013)
композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости -  патент 2465951 (10.11.2012)
способ окислительного дегидрирования метанола -  патент 2443464 (27.02.2012)
композитные материалы из керамических полых волокон, способы их получения и их применение -  патент 2427556 (27.08.2011)
Наверх