Исследование обмена и диффузии кислорода в композиционных материалах La0.8Sr0.2Fe0.7Ni0.3O3-δ - Ce0.9Gd0.1O1.95 методом релаксации электропроводности

• Автор: Охлупин, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление

Список условных обозначений и сокращений

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Теоретические основы описания переноса кислорода в оксидах с электронной и кислородионной проводимостью

1.1.1. Химический обмен кислорода

1.1.2. Диффузия кислорода.

1.2. Кислородный перенос в оксидах

1.2.1. Кислородный перенос в ферритах и кобальтитах лантанастронция

1.2.2. Кислородный перенос в оксиде Сео.яОбо 1О1

1.3. Композиционные материалы тина перовскит флюорит

1.3.1. Электропроводность.
1.3.2. Механизм обмена кислорода
1.3.3. Влияние состава и микроструктуры на транспортные свойства
1.3.4. Обмен и диффузия кислорода.
1.3.5. Метод эффективной среды для описания обмена и диффузии кислорода.
1.4. Теоретические основы метода релаксации электропроводности
1.5 Постановка задачи исследования
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Синтез оксидов
2.2. Подготовка композитов.
2.3. Рентгенографические исследования
2.4. Метод растровой электронной микроскопии.
2.5. Измерение электропроводности
2.6. Метод релаксации электропроводности
2.6.1. Экспериментальная установка
2.6.2. Методика эксперимента
Глава 3. Результаты аттестации композитов Ьа0.го.2Рео.7о.зОзй.9.11.
3.1. Кристаллическая структура.
3.2. Микроструктура
3.3. Электропроводность
3.4. Выводы
Глава 4. Химический обмен и диффузия кислорода в системе
Ьао8 .2.7 1 Сео.9Со. 1.
4.1. Кривые релаксации электропроводности образцов.
4.2. Барические зависимости константы химического обмена и коэффициента диффузии кислорода.
4.3. Зависимость константы обмена и коэффициента диффузии кислорода от состава композитов.
4.4. Оценка скорости дост ижения равновесия при сорбциидесорбции кислорода
Список литературы


Твердофазные материалы со смешанной кислородионной и электронной проводимостью представляют большой практический интерес в связи с возможностью их использования в качестве катодных материалов твердооксидшых топливных элементов ТОТЭ, мембран для селективного выделения кислорода из газовых смесей и парциального окисления метана в синтезгаз. Смешанной проводимостью могут обладать не только однофазные оксиды, такие как . Композиты обладают важным преимуществом перед однофазными материалами, поскольку транспортные, механические и другие физикохимические свойства таких материалов могут контролироваться в широких пределах за счет варьирования состава и микроструктуры. Перспективным классом композиционных материалов являются композиты типа перовскитфлюориг, в которых фаза перовскита обладает преимущественной электронной, а фаза со структурой флюорита униполярной кислородиониой проводимостью. Композиты обладают рядом преимуществ по сравнению с однофазными материалами, в частности, низкимполяризационным сопротивлением при их использовании в качестве катодов. При этом электрохимические свойства катодов и мембран зависят не только от соотношения компонентов, но являются многопараметрическими функциями, зависящими от особенностей микроструктуры. В связи со сложностью описания и моделирования функциональных свойств электрохимических материалов необходимо решать ряд актуальных задач, связанных с исследованием зависимости эффективных константы обмена и коэффициента диффузии кислорода от с о стад а и параметров микроструктуры композитов. Однако проблема количественной интерпретации данных, и моделирование зависимости эффективной константы обмена кислорода от соотношения компонентов композитов остается нерешенной. В качестве объекта исследования была выбрана композиционная система 2. Ь8РИСОО. Оксид СвО со структурой флюорита характеризуется высокой кислородионной проводимостью, тогда как оксид ЬБРИ со структурой перовскита обладает преимущественной электронной проводимостью и высокой каталитической активностью в реакции восстановления кислорода. Так как функциональные характеристики электрохимических материалов во многом определяются их транспортными свойствами, то исследование процессов обмена и диффузии кислорода в названных материалах представляет большой интерес, как для теоретического понимания процессов переноса кислорода, так и для оптимизации состава композитов. Цель настоящей работы состояла в изучении влияния соотношения фаз и микроструктуры на процессы химического обмена и диффузии кислорода, а также на электропроводность композиционных материалов Ьаого,2Ге7К1о. Оз5 Сео. Сбо 1. ЬБРЬСОО. Разработана эффективная методика проведения экспериментов по методу релаксации электропроводности при градиенте химического потенциала кислорода с уникальным прецизионным и высокоскоростным методом регулирования парциального давления кислорода, использующим как наггуск газа газовых смесей Не, , СО, так и регулирование электрохимическим кислородным насосом. Впервые систематически изучены процессы химического обмена, и диффузии кислорода в системе в зависимости от содержания фазы при парциальных давлениях кислорода 3 0. Впервые промоделирована зависимость константы обмена кислорода от состава композитов с электронной и кислородионной проводимостью на примере системы . Рассчитана константа обмена кислорода на межфазной границе . Предложен способ оценки скорости достижения равновесия при сорбциидесорбции кислорода в композитах по данным релаксации электропроводности на примере изучаемой системы . Разработана методика регулирования давления кислорода в экспериментах по релаксации электропроводности, применимая для исследования широкого ряда материалов со смешанной кислородионной и электронной проводимостью в диапазоне парциальных давлений кислорода 30. Получены образцы керамических композиционных материалов 0 . КГ5 см2с при Т 0С и Р 0. Т 0С и Рог 0. Смсм при Т 0С и Рог 0. Предложен способ оценки скорости достижения равновесия при сорбциидесорбции кислорода в материалах на основе расчета времени полупревращения для процесса релаксации электропроводности. На основании полученных данных сделаны рекомендации но выбору оптимального состава для плотных композиционных мембраипых материалов .