Разработка технологии синтеза и исследование материалов для создания высокотемпературных топливных элементов с пленочным электролитом на основе диоксида циркония

• Автор: Скороваров, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Краткое представление о высокотемпературных электрохимических устройствах на основе топливных элементов

2. Катод топливного элемента.

3. Электролит топливного элемента.

4. Методы формирования необходимых структур катода и электролита

5. Выводы из обзора литературы

ГЛАВА II. РЕАГЕНТЫ И ИЗМЕРЕНИЯ

1. Реактивы, использованные в работе

2. Оборудование для высокотемпературной обработки.

3. Оборудование для оценки свойств порошков и спеченных изделий.
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
ЧАСТЬ I. МАНГАНИТ ЛАНТАНАСТРОНЦИЯ
1. Получение манганита лантанастронция.
1.1. Разработка технологии получения манганита лантанастронция, основанной на методе осаждения из водных растворов
1.2. Разработка технологии получения манганита лантанастронция, основанной на методе термолиза
нитратных солей
1.3. Заключение
2. Изготовление пористых подложек из манганита лантанастронция.
2.1. Разработка технологии изюговления пористых подложек из манганита лантанастронция в виде дисков
2.2. Заключение
ЧАСТЬ И. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ДИОКСИД ЦИРКОНИЯ.
1. Получение диоксида циркония стабилизированного оксидом иттрия
1.1. Разработка технологии получения диоксида циркония стабилизированного оксидом иттрия, основанной на методе осаждения
1.2. Разработка технологии получения диоксида
циркония стабилизированного оксидом иттрия, основанной на методе термолиза нитратных солей.
1.3. Заключение
2. Получение тонких пленок стабилизированного диоксида циркония на пористой подложке из манганита лантанастронция.
2.1. Разработка суспензионной технологии формирования тонких пленок стабилизированного диоксида циркония на пористой
подложке.
2.2 Заключение
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Этому способствуют такие качества, как близкий к стабилизированному диоксиду циркония коэффициент термического расширения, достаточно высокая электропроводность, химическая устойчивость и малая испаряемость при рабочих температурах [4, , ]. Особенности структу ры манганита лантана-стронция. Исследованию структур манганитов лантана-стронция посвящено большое количество работ [ - ]. Наиболее важными характеристиками для маш'анитов будут являться химический, рентгенофазовый и гранулометрический состав. Эти характеристики будут оказывать большое влияние на свойства изготавливаемых изделий из порошков манганитов. По данным [] составлена таблица 2. Таблица 2. Формула раствора Ьа Мп Бг Фазовый сослав (РФА) Постоянные кристалл. Ца. Зго. МпО' . Ромбоэдрический твердый раствор типа перовскита а=5. Lau. Srtf. MnO) . То же а=5. Ьапт$г«)>МпО) . Го же а-5. LafK. Sr0. MnO) . Кубический твердый расгвор типа перовскита а=3. La^¦iSгr. MnO) . Кубический твердый расгвор типа перовскита + следы у-МпгО) а=3. Однофазность продукта (твердых растворов со структурой перовскита) зафиксирована методом РФА для всех исследуемых составов, кроме Ьао 1*0. М1Ю3, который содержал еще две фазы (Ьаз и Мп2Оз). Повторный синтез при более высокой температуре ( °С) позволил получи ть твердый раствор Ьао. МпОз со следами у-Мп3 . Для состава при х > 0. Данные [] подтверждают, что при х > 0. Са, Ва, требуются более высокие температура и давление кислорода. Также в работах [, , , ] было отмечено, что магнитные и физические свойства манганитов очень чувствительны к содержанию в них ионов Мп4+. Появление ионов Мп4+ может быть достигнуто замещением в ЬаМпОз части ионов лантана Ьа3* ионами Ме2+ , где в роли Ме2+ больше всего подходят щелочноземельные металлы [4, , ]. При этом образуются твердые растворы ЬаМпОз - МеМпОз. Мп" проводилось в работе []. Результаты рентгеноструктурного анализа приведены на рисунке 3. Все полученные образцы имеют структуру перовскита и однофазны во всем исследуемом концентрационном интервале. Рис. З. Зависимость параметров кристаллической решетки от концентрации ионов Мп4+. С - кубическая структура при количестве Яг от до % []. Мп‘ Данная зависимость представлена на рисунке 4. Рис. Параметры псевдокубической кристаллической решетки манганита лантана, как функция концентрации ионов Мп". Из рисунка следует, что с увеличением концентрации ионов Мп4' манганит переходит из орторомбического состояния в ромбоэдрическое, что подтверждает данные []. Подробно искажение перовскитовой ячейки манганита лантана -стронция было изучено в работах [ - ]. Мп3+. Кубическая структура соответсвует идеальной структуре перовскита, что указывает на полное соответствие размера ионов Ьа3ь размерам занимаемой им поры []. Способность к спеканию манганита лантана-стронция. Изучение спекания манганита лантана-стронция описано в работе []. Зависимость относительной плотности образцов-таблеток из Ьа1_х8гхМпОз от величины «х» и температуры обжига отражена на рисунке 5. Рис. Показано, чго при температуре спекания °С интенсивность спекания образцов или не зависит от состава манганита лантана - стронция, или растет с увеличением количества стронция. Исключение составляет Ьа0. МпОз, который практически не спекается (плотность не спеченного образца составляет - % от кристаллографической). С повышением температуры спекания проявляется устойчивая тенденция роста интенсивности спекания с увеличением количества стронция в твердом растворе Ьа^Я^МпОз Это вероятно можно объяснить вкладом анионных дефектов, связанных с ионами МпЧ, количество которых по данным [, ] увеличивается в ряду от х = 0. Ьао^ГолМпОз , практически заканчиваются при температуре °С, которое обеспечивает получение компактных образцов с плотностью - % от кристаллографической. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что при выборе состава электрода для высокотемпературных электрохимических устройств при прочих равных условиях следует уделить большое внимание технологичности состава Ьао. Зго. МпОз, проявляющуюся в устойчивом образовании твердого раствора и хорошей способности к спеканию во всем рассматриваемом интервале температур.