Введение
Глава 1. Литературный обзор 16
1.1. Среднетемпературные твёрдооксидные топливные элементы 16
1.1.1. Понятие, типы и принципы работы твёрдооксидных топливных элементов 16
1.1.2. Подходы к дизайну ТОТЭ 18
1.2. Материалы катодов среднетемпературных твёрдооксидных топливных элементов 20
1.2.1. Ранние разработки материалов для катода ТОТЭ 20
1.2.2. Увеличение проводимости катодных материалов 22
1.2.3. Увеличение подвижности кислорода катодных материалов 24
1.2.4. Оптимизация коэффициента теплового расширения катодных материалов 26
1.2.5. Улучшение химической стабильности катодных материалов 27
1.2.6. Современные материалы катодов твёрдооксидных топливных элементов 28
1.3. Процессы переноса в системе твёрдый оксид – газ 33
1.3.1. Общие сведения 33
1.3.2. Проводимость твёрдых оксидов 33
1.3.3. Диффузия в твёрдых оксидах 35
1.3.4. Обмен кислорода на твёрдых оксидах 37
1.4. Методы исследования катодных материалов 40
1.4.1. Методы исследования проводимости 40
1.4.2. Методы изотопного обмена 42
1.4.3. Релаксационные методы 47
1.5. Заключение 50
Содержание
Глава 2. Экспериментальная часть 51
2.1. Приготовление сложных оксидов и их нанокомпозитов 51
2.1.1. Синтез сложных оксидов методом Пекини 51
2.1.2. Синтез композитных материалов методом ультразвукового диспергирования 51
2.1.3. Термическая обработка и спекание образцов 52
2.2. Методы характеризации образцов 53
2.2.1. Рентгенофазовый анализ 53
2.2.2. Просвечивающая электронная микроскопия 53
2.2.3. Растровая электронная микроскопия 53
2.3. Методы исследования механических свойств образцов 54
2.3.1. Удельная поверхность (БЭТ) 54
2.3.2. Истинная плотность и пористость 54
2.4. Методы исследования транспортных свойств образцов 55
2.4.1. Измерение удельной электропроводности четырёхэлектродным методом 55
2.4.2. Метод релаксации массы 55
2.4.3. Метод релаксации электропроводности 56
2.4.4. Термопрограммированная десорбция кислорода 57
2.4.5. Изотопный обмен в статических условиях 59
2.4.6. Изотопный кинетический анализ в проточном реакторе в стационарном состоянии (SSITKA) 59
2.4.7. Метод вторичной ионной масс-спектрометрии 61
2.5. Измерение функциональных характеристик катодов 62
2.5.1. Приготовление катодной пасты 62
2.5.2. Нанесение катода методом окрашивания 62
2.5.3. Нанесение катода методом трафаретной печати 62
2.5.4. Измерение вольтамперных характеристик отдельных ячеек 63
Содержание
Глава 3. Результаты и обсуждение 64
3.1. Исследование структурных особенностей катодных материалов 64
3.1.1. Фазовый состав и микроструктура LaFei.xMx03. и композитов LaFei.xMx03. -
Ceo,9Yo,i02. (М = Ni, Со) 64
3.1.2. Фазовый состав и микроструктура Pr2.xNi04+ и композитов Pr2.xNi04+ -Ceo,9Gdo,i02. 66
3.1.3. Фазовый состав и микроструктура PrNii.xCox03. и композитов PrNi^COxCb- -
Ceo,9Yo,i02. 69
3.2. Влияние состава катодных материалов на электрохимические свойства 75
3.2.1. Удельная электропроводность и кажущаяся энергия активации проводимости композитов LaFei xMx03 - Ceo,9Y0j02. (М = Ni, Со) 75
3.2.2. Удельная электропроводность и кажущаяся энергия активации проводимости Pr2.xNi04- 76
3.2.3. Удельная электропроводность и кажущаяся энергия активации PrNii.xCox03. и композитов PrNii-xCox03. - Ceo,9Y0;i02 79
3.3. Исследование транспортных и обменных характеристик катодных материалов .82
3.3.1. Диффузия, обмен и динамика удаления кислорода для LaFei xMx03 и композитов LaFei xMx03 - Ceo,9Y0j02. (М = Ni, Со) 82
3.3.2. Диффузия, обмен и динамика удаления кислорода для Pr2.xNi04+ и композитов Pr2.xNi04+ - Ce0,9Gdo,i02. 86
3.3.3. Диффузия, обмен и динамика удаления кислорода для РгМ^Со^з- и композитов PrNii-xCox03. - Ceo,9Yo,i02 100
3.4. Исследование функциональных характеристик катодов на основе полученных материалов 116
3.4.1. Вольт-амперные характеристики ТОТЭ с катодами на основе Pr2.xNi04+ -Ce0,9Gdo;i02. 116
3.4.2. Вольт-амперные характеристики ТОТЭ с катодами на основе РгМ^Со^+ -Се0,9У0дО2. 118
Содержание
3.5. Выводы 123
Благодарности 126
Список литературы 127
