Материал для кислородного электрода электрохимических устройств

Авторы патента:

H01M4/48 - неорганические оксиды или гидроксиды

G01N27/30 - электроды, например испытательные; полуэлементы (G01N 27/414 имеет преимущество)

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(Cu_1-xCo_x)₃O₆+, где х = 0,6-0,8; = 0,0-1,0. 1 табл.

В качестве электродного материала электрохимических устройств известно использование оксидов со структурой перовскита A_1-xB_1-y

M_x+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(Cu_1-xFe_x)₃O_{6+ (x = 0-0,2) [3]. для слоистого перовскита YBa₂Cu₃O₆₊ в интервале температур 400-950^oC 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(Cu_1-xFe_x)₃O_{6+ = 29 - 10 Ом^-1 см^-1 для составов с x = 0,0-0,2; t = 900^oC 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(Cu_1-xCo_x)₃O_{6+; 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(Cu_1-xCo_x)₃O_{6+ (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 950^oC в течение 40 часов.
Рентгенофазовый анализ после синтеза показал, что слоистый перовскит с орторомбической и тетрагональной фазами образуется для составов YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O_{6+ (x = 0,0-0,8). Составы с большим содержанием кобальта были многофазными.
Из составов YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O_{6+ x = 0,0-0,9 были приготовлены образцы для исследования электропроводности следующего размера (35х5х5) мм³. Обжиг образцов проводили на воздухе при 950^oC 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.
Литература
1. 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. La_1,825Sr_0,175Cu_1-xFe_xO_y and YBa₂(Cu_1-xFe_x)₃O_y 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 YBa₂Cu₃O_7-x //J. Am. Ceram. Soc. (1994) V. 77, N. 3. P. 753-758.
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 формуле
YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O₆+,
где х = 0,6 - 0,8;
= 0,0 - 0,1.РИСУНКИ
Рисунок 1}}}}}}

Изобретение относится к электрохимическому генератору содержащему анод, катод из материала на основе пятиокиси ванадия и проводящий электролит, содержащий ионы, которые могут быть введены в катодный материал, причем генератор отличается тем, что в качестве материала катода выбрана бронза на основе пятиокиси ванадия, описываемая формулой где М1 представляет трехвалентный алюминий или железо; М2 металл, отличающийся от М1, имеющий валентность n, выбранный из щелочных, щелочноземельных, переходных металлов и алюминия; Х1 и Х2 удовлетворяют условиям: 0,06 Х1 0,13; 0 Х2 0,20; 0,27 3Х1 + nХ2 0,39

Способ изготовления катода дискового электрического элемента // 2075798

Изобретение относится к электрохимии, а именно к способу изготовления химических источников тока

Химический источник тока // 2057381

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству литиевых источников тока с органическим электролитом

Катодный материал // 2016443

Изобретение относится к электротехнике и касается катодного материала химического источника тока, в частности термоэлектрохимических батарей, содержащих анод, катод и электролит между ними

Электродная масса для электрохимических устройств с твердым электролитом // 1825575

Катодный материал химического источника тока // 1577644

Патент 406390 // 406390

Патент 265999 // 265999

Гальванический элемент с окисью меди // 44591

Регенерируемый положительный электрод для первичного или вторичного элемента // 30735

Сравнительный ph-электрод // 2127427

Изобретение относится к потенциометрическим измерениям концентрации ионов в растворах, а именно к сравнительному рН-электроду, содержащему корпус, расположенные в корпусе электролит, ионопроводящую мембрану, разделяющую электролит и исследуемую среду, и помещенный в электролит чувствительный элемент, при этом электролит выполнен в виде кристаллогидрата NH4Ca(NO3)3nH2O, полученного реакцией обмена Ca(OН)2 с насыщенным раствором NH4NO3

Способ изготовления модифицированного электрода для инверсионно-вольтамперометрического метода определения следов тяжелых и токсичных металлов // 2124720

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа, в частности для определения тяжелых металлов с использованием модифицированного электрода

Универсальный комбинированный ионоселективный датчик (варианты) // 2117281

Изобретение относится к устройствам для контроля ионного состава и свойств технологических растворов, природных и сточных вод и может найти широкое применение в химической, пищевой, целлюлозно-бумажной, горно-добывающей промышленности, энергетике, биотехнологии, медицине, экологии, геологии, а также при проведении высотных аэрокосмических и глубинных гидрологических исследований

Электрохимический газоанализатор для определения сероводорода в атмосфере воздуха // 2114425

Множественный микроэлектрод и способ его изготовления // 2112966

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям концентрации неорганических и органических соединений в различных объектах

Устройство для электрохимических измерений (варианты) // 2097754

Изобретение относится к области электрохимических измерений, а именно к устройству для электрохимических измерений (варианты)

Сенсор для анализа газообразных веществ // 2088914

Изобретение относится к измерительной технике

Пленочный множественный микроэлектрод // 2078337

Способ получения биосенсорного электрода // 2068181

Электродная система для вольтамперометрического анализа // 2061229

Изобретение относится к техническим средствам вольтамперометрических методов анализа и может быть использовано для изучения состава органических и неорганических веществ, медицинских и других объектов

Устройство для электрохимических измерений // 2150108

Изобретение относится к области электрохимических измерений, а именно к вольтамперометрическому анализу состава раствора, и может использоваться в химической, металлургической, пищевой промышленности, экологии, и, в частности, для контроля состава природных, сточных вод, биологических объектов