Твердый электролит с рубидий-катионной проводимостью


 


Владельцы патента RU 2415496:

Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердым электролитам с проводимостью по катионам рубидия, и может быть использовано в различных электротехнических устройствах, работающих в области высоких температур, использующих в качестве рабочего вещества рубидий или рубидийсодержащие материалы. Согласно изобретению твердый электролит содержит моноферрит рубидия с добавкой многозарядных катионов V группы периодической системы в количестве 0,3-1,6 ат.%. Состав твердого электролита отвечает общей формуле Rb2-2XFe2-xЭVxO4, где х=0,025-0,125. Техническим результатом является снижение удельного сопротивления твердого электролита при высоких температурах. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердым электролитам с проводимостью по катионам рубидия, и может применяться в различных электротехнических устройствах, работающих в области высоких температур и использующих в качестве рабочего вещества рубидий или рубидийсодержащие материалы.

Известен ряд рубидийпроводящих твердых электролитов, например сульфат рубидия (Украинский химич. журнал. 1973, Т.39, с.761), обладающий заметной ионной проводимостью в высокотемпературной области. Однако удельное электросопротивление этого твердого электролита довольно высоко (~100 Ом·см при 900°С), что снижает возможности его применения.

Наиболее близкими по составу к предлагаемому в настоящем изобретении являются твердые электролиты с рубидий-катионной проводимостью, содержащие оксид железа (III), оксид рубидия и диоксид германия (SU 1653433, публ. 1991 г.). По химической природе они представляют собой моноферрит рубидия Rb2O·Fe2O3 или Rb2Fe2O4, в котором часть ионов железа замещена ионами Ge4+.

Такие электролиты имеют удельное электросопротивление 15-55 Ом·см при 400°С, 10,5-30 Ом·см при 500°С, 8-16 Ом·см при 600°С.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении эффективности работы электротехнических устройств, работающих в области высоких температур и использующих в качестве рабочего вещества рубидий или рубидийсодержащие материалы, за счет снижения удельного электросопротивления твердого электролита.

Поставленная задача решается тем, что твердый электролит с рубидий-катионной проводимостью, содержащий моноферрит рубидия с добавкой многозарядных катионов, в качестве многозарядных катионов содержит катионы V группы периодической системы в количестве 0,3-1,6 ат.%, при этом состав твердого электролита отвечает общей формуле Rb2-2xFe2-xЭvxO4, где х=0,025-0,125.

Причиной снижения электросопротивления (повышения ионной проводимости) моноферрита рубидия при введении указанных добавок является образование рубидиевых вакансий, компенсирующих избыточный положительный заряд, возникающий при замещении катионов Fe3+ катионами Э5+. При этом введение как меньшего, так и большего количества добавок ухудшает электрические характеристики электролита.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении удельного сопротивления твердого электролита при высоких температурах.

Изобретение проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. В алундовом тигле путем взаимодействия Rb2CO3, Fe2O3 и NH4H2PO4 с постепенным подъемом температуры и конечной выдержкой при 1000°С в течение 10 ч был синтезирован твердый электролит состава Rb1,95Fe1,975Р0,025O4.

Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:

300°С - 28,1 Ом·см; 400°С - 14,0 Ом·см; 500°С - 7,7 Ом·см; 600°С - 4,9 Ом·см.

Пример 2. В алундовом тигле путем взаимодействия Rb2CO3, Fe2O3 и Nb2O5 с постепенным подъемом температуры и конечной выдержкой при 1000°С в течение 10 ч был синтезирован твердый электролит состава Rb1,90Fe1,95Nb0,05O4.

Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:

300°С - 30,4 Ом·см; 400°С - 14,5 Ом·см; 500°С - 8,6 Ом·см; 600°С - 5,6 Ом·см.

Как видно из приведенных данных, при температуре 500°С и выше предлагаемые электролиты имеют существенно более низкие значения удельного сопротивления по сравнению с прототипом. Таким образом, заявленное предлагаемое изобретение позволяет уменьшить удельное электросопротивление рубидийпроводящих твердых электролитов и тем самым повысить эффективность работы электротехнических устройств, работающих в области высоких температур.

Предлагаемые электролиты могут использоваться в качестве твердого электролита в различных электротехнических устройствах, использующих рубидий или его соединения. Это могут быть диафрагмы для разделения катодного и анодного пространств при электролизе расплавленных солей рубидия, системы очистки от рубидия натриевого теплоносителя в охлаждающих контурах атомных реакторов на быстрых нейтронах, датчики активности рубидия в различных жидких и газовых средах, ионные и ионно-плазменные двигатели, термоэмиссионные генераторы и др.

1. Твердый электролит с рубидий-катионной проводимостью, содержащий моноферрит рубидия с добавкой многозарядных катионов, отличающийся тем, что в качестве многозарядных катионов электролит содержит катионы V группы Периодической системы в количестве 0,3-1,6 ат.%, при этом состав твердого электролита отвечает общей формуле Rb2-2XFe2-xЭVxO4, где х=0,025-0,125.

2. Твердый электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве пятизарядных катионов Э5+ он содержит Р5+, V5+, Nb5+, Та5+.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газодиффузионным электродам для электрохимических устройств. .

Изобретение относится к мембранно-электродным модулям и топливным элементам, обладающим повышенной мощностью, а также к способу изготовления мембранно-электродного модуля.

Изобретение относится к области высокотемпературных топливных элементов, в особенности к способу и устройству для эксплуатации установки топливного элемента на твердом оксиде (SOFC).

Изобретение относится к портативному источнику тока на основе прямого окисления боргидридов щелочных металлов. .

Изобретение относится к портативному источнику тока на основе прямого окисления боргидридов щелочных металлов. .

Изобретение относится к портативному источнику тока на основе прямого окисления боргидридов щелочных металлов (БГЩМ). .

Изобретение относится к твердооксидным топливным элементам (ТОТЭ), содержащим металлическую подложку. .

Изобретение относится к топливным элементам с системой удаления инертных примесей. .

Изобретение относится к наночастицам сплава палладий-кобальт, используемым в качестве электрокатализаторов восстановления кислорода в топливных элементах. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изготовления батареи топливных элементов с твердым полимерным электролитом, предназначенной как для портативных мобильных электронных устройств, так и для изготовления зарядного устройства на основе батарей топливных элементов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим источникам тока. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к созданию твердотельных электрохимических первичных источников тока Согласно изобретению твердотельный наноструктурированный первичный источник тока включает анод, выполненный из меди (или другого переходного металла) с различной формой и размерами, и катод, выполненный из наноструктурированного графитового покрытия на аноде, покрытый токопроводящей пленкой.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полимерному электролиту и электрохимическому устройству, использующему полимерный электролит. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полимерному электролиту с высокой ионной проводимостью, содержащему сополимер этиленового ненасыщенного соединения и моноксид углерода, к способу его получения и электрохимическому элементу из него.
Изобретение относится к области неорганических твердых электролитов, а именно к композиционным твердым электролитам, обладающих высокой проводимостью по ионам лития в области температур 150-220°С, которые могут быть использованы в среднетемпературных литиевых перезаряжаемых батареях, электрохимических устройствах и сенсорах.
Изобретение относится к электрохимии, а именно к гель-электролитам для различных электрохимических устройств, включая литий-полимерные аккумуляторы, первичные литиевые источники тока, суперконденсаторы, электрохромные приборы.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к твердым электролитам на основе ортогерманата лития. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к первичным и вторичным твердотельных химических источников тока. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно ко вторичным электрохимическим источникам тока (аккумуляторам). .
Изобретение относится к области электротехники, а именно к изготовлению вторичных твердотельных источников тока (аккумуляторов). .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока (ХИТ), преобразующим химическую энергию в электрическую
Наверх