электродный материал для высокотемпературных электрохимических устройств и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Электродный материал для высокотемпературных электрохимических устройств, содержащий диоксид циркония, оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, и добавку оксида металла, отличающийся тем, что в качестве добавки оксида металла использована смесь оксидов двухвалентного и четырехвалентного урана при следующем соотношении ингредиентов: смесь оксидов урана 0,2÷2 мас.%, диоксид циркония 2÷10 мас.%, оксид металла - остальное.

2. Электродный материал по п.1, отличающийся тем, что смесь оксидов урана отвечает формуле UO_2-x, где х=0,2÷0,4.

3. Способ изготовления электродного материала для высокотемпературных электрохимических устройств исходных компонентов, содержащих соединения кобальта, циркония и металла из группы: кальций, магний, редкоземельные элементы, или их смесь, обжиг и помол порошка, спекание порошка, отличающийся тем, что спекание материала производится предварительно при температуре от 900 до 1250°С в нейтральной или окислительной атмосфере, затем проводится помол полученного материала с добавлением в него смеси оксидов урана и вторичное спекание при температуре 1100÷1550°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам различного назначения: топливным элементам, кислородным насосам, электролизерам воды и других кислородсодержащим газам, а также датчикам для газоанализаторов кислородсодержащих газов.

Известен электродный материал, содержащий диоксид циркония, оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, и добавку оксида металла (патент США № 4052532).

Известен также электродный материал, содержащий диоксид циркония, оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, и добавку оксида кобальта (патент РФ № 2050642), выбранный за прототип.

Известные электродные материалы обладают недостаточной электропроводностью и электрохимической активностью, что затрудняет их применение в качестве электродных материалов для топливных элементов и электролизеров.

Предлагаемый электродный материал содержит в своем составе дополнительно смесь оксидов двух- и четырехвалентного урана, отвечающую формуле UO_2-x, где х=0,2-0,4, при следующем соотношении ингредиентов: смесь оксидов урана 0,2-2 мас.%, диоксид циркония 2-10 мас.%, оксид металла - остальное.

Способ изготовления предлагаемого электродного материала отличается от известного по патенту РФ № 2050642 тем, что спекание материала производится предварительно при температуре от 900 до 1250°С в нейтральной или окислительной атмосфере, затем проводится помол полученного материала с добавлением в него смеси оксидов урана и вторичное спекание при температуре 1100-1550°С.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что за счет введения в состав электродного материала смеси оксидов урана увеличивает электропроводность и электрохимическую активность электродного материала.

Пример 1. Приготовленный известным способом электродный материал, содержащий оксиды металлов и диоксид циркония в количестве 2 мас.%, размалывают в мельнице до микронной фракции с добавлением оксидов урана состава UO₁,₈ 0,2 мас.% и проводят вторичное спекание при температуре 1100°С. Из полученного материала приготовляют электрод и проводят его испытания на восстановление и окисление кислорода, а также измерение электропроводности. Полученные значения поляризационных сопротивлений находятся в диапазоне 0,05-0,10 Ом/см², а электросопротивление 0,001-0,003 Ом·см.

Пример 2. Приготовленный известным способом электродный материал, содержащий оксиды металлов и диоксид циркония в количестве 10 мас.%, размалывают в мельнице до микронной фракции с добавлением оксидов урана состава UO _1,6 2 мас.% и проводят вторичное спекание при температуре 1550°С. Из полученного материала приготовляют электрод и проводят его испытания на восстановление и окисление кислорода, а также измерение электропроводности. Полученные значения поляризационных сопротивлений находятся в диапазоне 0,03-0,07 Ом/см² , а электросопротивление 0,0015-0,005 Ом·см.

Пример 3. Приготовленный известным способом электродный материал, содержащий оксиды металлов и диоксид циркония в количестве 1 мас.%, размалывают в мельнице до микронной фракции с добавлением оксидов урана состава UO_1,5 4 мас.% и проводят вторичное спекание при температуре 1300°С. Из полученного материала приготовляют электрод и проводят его испытания на восстановление и окисление кислорода, а также измерение электропроводности. Полученные значения поляризационных сопротивлений находятся в диапазоне 0,08-0,15 Ом/см², а электросопротивление 0,003-0,01 Ом·см.

Пример 4. Приготовленный известным способом электродный материал, содержащий оксиды металлов и диоксид циркония в количестве 12 мас.%, размалывают в мельнице до микронной фракции с добавлением оксидов урана состава UO _1,9 4 мас.% и проводят вторичное спекание при температуре 1300°С. Из полученного материала приготовляют электрод и проводят его испытания на восстановление и окисление кислорода, а также измерение электропроводности. Полученные значения поляризационных сопротивлений находятся в диапазоне 0,1-0,2 Ом/см² , а электросопротивление 0,005-0,015 Ом·см.

Из приведенных в примерах данных следует, что наилучшие результаты по электрохимической активности и электросопротивлению имеют электродные составы в заявленном диапазоне изменения состава и температуры вторичного спекания, а именно: смесь оксидов урана 0,2-2 мас.%, диоксид циркония 2-10 мас.%, оксид металла остальное, при этом смесь оксидов урана отвечает формуле UO_2-x , где х - 0,2-0,4, а вторичное спекание проводят при температуре 1100-1550°С.