Кислородопроницаемый керамический материал

 

Использование: кислородные мембраны и элементы электрохимических устройств с твердымиэлектролитами на основе оксида висмута. Сущность изобретения: кислородсодержащий керамический материал содержит, мол„%: оксид еисмута 85-95, оксид кобальта 5-15. Коэффициент термического расширения (300-1050 К) 15,18-16,It-tO K 1 кислородопроницаемость при К С,3-4,5)ЧО (0моль/с.см. 1 табл. t Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЯ4 ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УЬЛИН щ)g С 04 В 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

t (21) 4878197/33 (22) 29.10.90 (46) 23.09.92. Бюл. N 35 (71) Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Бело": русского государственного университета им. В.И.Ленина

72) В.В.Хартон, П.П.Жук, E.Н.Наумо": вич, М.В.Зинкевич и А.A.Вечер (56) Заявка Японии 61-59262, кл. С 04 В 35/00, 1986.

Takahashi Т., Iwahara Н. High

temperature solid electrolyte fuel cells. Reports of special Project

Research Under Grant in Aid of Scien-.

cific Recearch of the Ninistry of

Education Science and Cu1kura, Japan

1980, р. 727-734 (прототип) .

Изобретение относится к поликрис-., таллическим оксидным керамическим материалам со смешанной проводимостью, которые могут применяться в качестве кислородных мембран и элементов электрохимических устройств с твердыми электролитами на основе оксида висмута в широком интервале температур и парциального давления кислорода.

Известен состав на основе оксида висмута с добавками других оксидов, в том числе оксидов переходных металлов, с преимущественно ионной прово.димостью. Материалы на основе оксида висмута, легированного оксидами тербия и празеодима, имеют более высокое значение кислородопроницаемости, однако являются дорогими и мало"

„„Sll „„17á3421 А1

2 (54) КИСЛОРОДОПРОНИЦАЕМЦЙ КЕРАМИЧЕСКИй МАТЕРИАЛ (57) Использование: кислородные мемб" раны и элементы электрохимических устройств с твердыми электролитами на основе оксида висмута, Сущность изобретения: кислородсодержащий кера" мический материал содержйт, мол.Ф: оксид висмута 85-95, оксид кобальта

5-15. Коэффициент термического расши-, рения (300-1050 K) 15,18-16,11 10 К, кислородойроницаемость при 1040 К (4,3-4,5) 10 моль/с.см. 1 табл. доступными из-за высокой стоимости оксидов РЗЭ.

Наиболее близким по технической ,сущности и достигаемому результату является кислородопроницаемый состав, включающий (мол.Ф): оксид висмута50, оксид кобальта - 50.

Обладая высокими значениями ки.слородопроницаемости при 950-1050 К, керамика такого состава имеет коэффициент термического расширения (KTP) 11,2 10 К, что не позволяет использовать ее с наиболее перспек:тивными кислородионпроводящими твердыми электролитами на основе оксида висмута.

Цель изобретения " повышение KTP обеспечивающее его совместимость с

Формула изобретения

Кислородопроницаемый керамический материал, содержащий оксиды висмута и кобальта, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения коэффициента термического расширения, и сохранения высокой кислородопроницаемости при использовании в качестве кислородных мембран и элементов электрохимических устройств с тверды" ми электролитами на основе оксида висмута при 950-1050 К, он содержит компоненты в следующем соотношении, мол.4: оксид висмута 85"95; оксид кобальта 5"15.

За виси мост ь коэффи циента термического расширения (KTP) и кислородопроницаемости от состава

KTP o(10 к-

Состав, мол.3

Кислородопроницаемост ь, ?0

2 мол/с ° см

1040 К

У и/и

В О 5 СоО 5

300-1050 K

Прототип 50 50

85 15

4,4 1О

4 410

4,5 ° 10

4 3 10

11,23

15,18

15,59

16,11

В»

2 90 10

95 5

176342 твердыми электролитами на основе оксида висмута, и сохранение высокой кислородопроницаемости при использовании в качестве мембран и элемен5 тов электрохимических устроиств с твердыми электролитами на основе ок" сида висмута при температурах 9501050. К.

Поставленная цель достигается тем, что кислородопроницаемый материал включает оксид висмута и оксид кобальта (Ш) в следующем соотношении (мол.3): оксид висмута - 85-95, оксид кобальта - 15-5. 15

Для получения указанных выше кислородопроницаемых керамических материалов проводился твердофазный синтез из оксидов, взятых в указанном отношении, на воздухе при температуре 20

870+20 К в течение 30 ч.

Полученные порошки керамических материалов прессовались в виде табле" ток под давлением 600 ИПа и спекались при температуре 920 20 K в тече- 25 .ние 6-20 ч до получения плотной ке" рамики с закрытой пористостью. Коэффициент термического расширения (KTP) образцов рассчитывался с применением методов линейного регресси" 30 . онного анализа по данным температурной зависимости относительного удлинения в интервале температур 3001050 К. Кислородопроницаемость образцов рассчитывалась по данным измерения удельной электропроводности и чисел переноса в интервале рабочих температур 950-1050 K.

Пример 1. По данным измере" ний термического расширения, удель- 40 ной электропроводности и чисел пере1 4 носа были рассчитаны КТР и кислородопроницаемость образца состава 50 мол.ь

BiO и 50 мол.3 СоО, < (прототипа) .

Пример 2. Керамические материалы состава (80 мол.Ф ВдО, g +20 мол. В СоОВ, ), (85 мол. Ъ В101 +

15 мол.Ж СЬО<, ), (90 мол.Ж BiO, +

10 мол.4 Co0<, ), (95 мол.3 В1О, +

5 мол.l co0<,<1, (97 мол.В ВхО +

3 молД СоО, ) получены и испытаны, как в примере 1 °

Результаты приведены,в таблице.

Как следует из данных таблицы, уменьшение добавки оксида кобальта к оксиду висмута до 5-15 мол.ь приво" дит к приближению KTP керамических

«В составов к величине 15,5-16,5 -10 К характерной для твердых электролитов на основе оксида висмута, что позволяет совмещать полученные кера" мические материалы с твердыми электролитами на основе В1 О при высо" ком значении кислородопроницаемости.