Высокотемпературное электрохимическое устройство

Изобретение относится к области высокотемпературных электрохимических устройств с твердым кислородионным электролитом и может быть использовано в качестве электролизера, топливного элемента или другого аналогичного устройства. Согласно изобретению электрохимическое устройство, содержащее электроды, электрический соединитель и слой твердого электролита, выполненные из смеси оксидов металлов, включающих диоксид циркония и оксид металла, выбранного из группы, включающей: оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смеси, дополнительно содержит смесь оксидов двух- и четырехвалентного урана в следующих количествах: для электролитных слоев 0,1-0,5 мас.%, для электродов 0,2-2 мас.%, а смесь оксидов урана отвечает соотношению UO_2-x, где x равен 0-0,1 для электролитных слоев и равен 0,2-0,4 для электродов. Техническим результатом является снижение эффективного удельного сопротивления электрохимического устройства, повышение эффективности протекающих в нем электрохимических процессов. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области высокотемпературных электрохимических устройств с твердым кислородионным электролитом и может быть использовано в качестве электролизера, топливного элемента или другого аналогичного устройства.

Известен твердооксидный топливный элемент трубчатой конструкции, представляющий собой пористую трубу, обеспечивающую подвод окислителя, на которую последовательно нанесены слои катода, электролита, анода, при этом электролит и анод имеют разрыв вдоль образующей, в котором размещены слои, выполняющие роль токопрохода (патент США №5085742).

Известен высокотемпературный топливный элемент с твердым электролитом и керамическими электродами (патент США №4459341), содержащий пористый катод из электропроводной керамики, пористый анод из той же электропроводной керамики и твердый электролит из оксидной ионопроводящей керамики на основе стабилизированного диоксида гафния или циркония.

Известно электрохимическое устройство (патент РФ №2064210), содержащее электроды, электрический соединитель и слой твердого электролита, выполненные из смеси оксидов металлов, включающих диоксид циркония и оксид металла, выбранного из группы, включающей: оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смеси, включающее дополнительно оксид кобальта, принятое за прототип.

Недостатками известных устройств являются пониженная электрохимическая активность электродов, связанная с ограниченностью трехфазной границы контакта электролита, электродов и газовой среды реагентов.

Для устранения вышеописанных недостатков предлагаемое электрохимическое устройство дополнительно содержит смесь оксидов двух- и четырехвалентного урана в следующих количествах: для электролитных слоев 0,1-0,5 мас.%, для электродов 0,2-2 мас.%, а смесь оксидов урана отвечает соотношению UО_2-x, где x равен 0-0,1 для электролитных слоев и равен 0,2-0,4 для электродов.

Пример 1. По методу, описанному в прототипе, изготовлено электрохимическое устройство, в котором дополнительно введены в состав электролита 0,1 мас.% оксида урана UO₂ и в состав электродов 0,2 мас.% UО_1,8. Проведенные испытания электрохимического устройства показали снижение эффективного удельного сопротивления в процессах переноса кислорода до 0,25-0,35 Ом/см² (у прототипа 0,4-0,7 Ом/см²).

Пример 2. По методу, описанному в прототипе, изготовлено электрохимическое устройство, в котором дополнительно введены в состав электролита 0,5 мас.% оксида урана UО_1,9 и в состав электродов 2 мас.% UO_1,6. Проведенные испытания электрохимического устройства показали снижение эффективного удельного сопротивления в процессах переноса кислорода до 0,2-0,3 Ом/см².

Пример 3. По методу, описанному в прототипе, изготовлено электрохимическое устройство, в котором дополнительно введены в состав электролита 1,0 мас.% оксида урана UO_1,8 и в состав электродов 3 мас.% UО_1,5. Проведенные испытания электрохимического устройства показали повышенное значение эффективного удельного сопротивления в процессах переноса кислорода до 0,35-0,55 Ом/см².

Таким образом, использование существенных признаков заявляемого изобретения, а именно дополнительное включение смеси оксидов двух- и четырехвалентного урана в следующих количествах: для электролитных слоев 0,1-0,5 мас.%, для электродов 0,2-2 мас.%, причем смесь оксидов урана отвечает соотношению UO_2-x, где x равен 0-0,1 для электролитных слоев и 0,2-0,4 для электродов, позволяет снизить эффективное удельное сопротивление электрохимического устройства и тем самым повысить эффективность протекающих в нем электрохимических процессов.

1. Электрохимическое устройство, содержащее электроды, электрический соединитель и слой твердого электролита, выполненные из смеси оксидов металлов, включающих диоксид циркония и оксид металла, выбранного из группы, включающей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смеси, отличающееся тем, что смесь оксидов металлов дополнительно содержит смесь оксидов двух- и четырехвалентного урана в следующих количествах: для электролитных слоев 0,1-0,5 мас.%, для электродов 0,2-2 мас.%.

2. Электрохимическое устройство по п.1, отличающееся тем, что смесь оксидов урана отвечает соотношению UO_2-x, где x равен 0-0,1 для электролитных слоев и 0,2-0,4 для электродов.