Введение.......................................................................................................................5
Глава 1. Аналитический обзор литературы.........................................................12
1.1. Производство водорода методом электролиза воды.........................................12
1.2. Твердооксидные электролизеры.........................................................................16
1.3. Особенности протонного переноса в протонпроводящих электролитах .........20
1.4. Протонпроводящие электролиты .......................................................................22
1.5. Обоснование выбора объектов исследования....................................................27
Глава 2. Методика экспериментальных исследований......................................28
2.1. Синтез порошков и получение керамики...........................................................28
2.1.1. Электролитные материалы состава BaCe0.8–xZrxDy0.2O3–δ (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5
и 0.6; BCZDx) .............................................................................................................28
2.1.2. Электродные материалы ..................................................................................29
2.2. Изготовление электрохимических ячеек ...........................................................30
2.2.1. Симметричные ячейки .....................................................................................30
2.2.2. Единичные ячейки пароводяного электролизера NBN|BCZD0.3|Ni–BCZD0.3
и СО2-конвертера NBN–BCZD0.5|BCZD0.5|Ni–BCZD0.5 .......................................30
2.3. Аттестация синтезированных порошков и спеченных образцов......................33
2.3.1. Фазовый состав и кристаллическая структура ...............................................33
2.3.2. Микроструктура ...............................................................................................34
2.3.3. Элементный состав...........................................................................................35
2.3.4. Относительная плотность ................................................................................36
2.4. Исследование функциональных свойств материалов .......................................36
2.4.1. Химическая стабильность ................................................................................36
2.4.2. Термическое расширение.................................................................................37
2.4.3. Проводимость ...................................................................................................39
2.5. Электрохимическая аттестация единичных ячеек пароводяного электролизера
NBN|BCZD0.3|Ni–BCZD0.3 и СО2-конвертера NBN–BCZD0.5|BCZD0.5|Ni–
BCZD0.5......................................................................................................................443
Глава 3. Исследование функциональных свойств протонпроводящих
материалов состава BaCe0.8–xZrxDy0.2O3–δ (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 и 0.6; BCZDx)...51
3.1. Фазовый состав и кристаллическая структура ..................................................51
3.2. Спекаемость и микроструктура..........................................................................53
3.3. Химическая стабильность ...................................................................................57
3.4. Транспортные свойства.......................................................................................58
3.4.1. Объемная и зернограничная проводимости в низкотемпературном диапазоне
.....................................................................................................................................58
3.4.2. Проводимость в высокотемпературном диапазоне в окислительной и
восстановительной атмосферах.................................................................................63
3.4.3. Проводимость в высокотемпературном диапазоне в окислительной и
восстановительной атмосферах при различных значениях pH2O ...........................70
3.5. Выводы к Главе 3 ................................................................................................75
Глава 4. Испытание единичной ячейки пароводяного электролизера
NBN|BCZD0.3|Ni–BCZD0.3......................................................................................78
4.1. Аттестация воздушного электрода состава Nd1.95Ba0.05NiO4+δ (NBN) ..............78
4.1.1. Фазовый состав и кристаллическая структура ...............................................78
4.1.2. Проводимость в зависимости от температуры ...............................................78
4.1.3. Электрохимическое поведение в атмосферах сухого и влажного воздуха ...79
4.2. Физико-химическая аттестация единичной ячейки ..........................................85
4.2.1. Химическая и термическая совместимость функциональных материалов...85
4.2.2. Микроструктура ...............................................................................................89
4.3. Электрохимические характеристики единичной ячейки ..................................90
4.3.1. Влияние температуры ......................................................................................90
4.3.2. Влияние приложенного напряжения ...............................................................92
4.3.3. Влияние парциального давления паров воды в анодном пространстве ........95
4.3.4. Сравнительный анализ полученных результатов с литературными данными
.....................................................................................................................................97
Выводы к Главе 4 .....................................................................................................1004
Глава 5. Испытание единичной ячейки СО2-конвертера NBN–
BCZD0.5|BCZD0.5|Ni–BCZD0.5 ............................................................................102
5.1. Морфологическая аттестация микроструктуры ..............................................102
5.2. Электрохимическая аттестация ........................................................................103
5.2.1. Вольтамперные характеристики....................................................................103
5.2.2. Омическое и поляризационное сопротивления ............................................105
5.3. Стабильность работы ........................................................................................111
5.4. Сравнительный анализ полученных результатов с литературными данными
...................................................................................................................................113
Выводы к Главе 5 .....................................................................................................116
Глава 6. Оценка эффективности испытанных единичных ячеек ..................118
6.1. Пароводяной электролизер NBN|BCZD0.3|Ni–BCZD0.3 ................................121
6.2. CO2-конвертер NBN–BCZD0.5|BCZD0.5|Ni–BCZD0.5 ...................................126
Выводы к Главе 6 .....................................................................................................128
Заключение .............................................................................................................130
Список литературы................................................................................................132
