Высокопроницаемый оксидный керамический материал

 

Изобретение относится к поликристаллическим керамическим материалам со смешанной проводимостью, которые могут применяться в качестве кислородных мембран и элэментов электрохимических устройствс твердыми электролитами на основе оксида висмута для получения, очистки и анализа кислорода в газовой фазе. Сущность изобретения: керамический материал содержит следующие компоненты, моя. %: оксид висмута 40,0-74,4; оксид кобальта 18.6-46,5; оксид иттрия 7,0-20,0. Материал имеет кислородопроницаемость (1,4- 7,5) 10 9 моль/с.см. 1050 К и кислородную проводимость 0,4-0,9 см/см. 1 табл. Vt Ч 4 ч со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 04 В 35!00

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) и*>>>, 1 >>>:. ! о:.>> I 1j >1 jl т . >,"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4878186/33 (22) 29.10.90 (46) 15.02.93. Бюл. hb 6 (71) Научно-исследовательский институт фйзико-химических проблем Белорусского го, сударственного университета им. В;И. Ленина . (72) В.B. Хартон, ПЛ, Жук, Е.Н. Наумович, А.А. Вечер и А.А. Тоноян (56) ТаМаЬазп1 T., à.a.,HIgh temperature solid

electrolyte fuel cells. Reports of Special

Project Research 0nder Grant ln AId of

Scientific Research of Ministry of Education

Scl. апб Со1тцге. Jap.

Teraoka а.а, ЬИхеб Ionic-electronic

conductivity . of La1-. S xCo1 -уРеуОз-ь

pегоvsklte-type oxides Mat.Res.Buli, 1988.

V.23, F1. р.51-58.

Заявка ЕПВ М 0180646, кл. С 04 В 35100. 1987.

Заявка ФРГ Рл 3436597. кл. С 04 В 35/48, 1986.

Заявка Японии РЬ 61-59262, кл. С 04 8 35/00, 1986.

Мо1Низ Н.-Н. Охудеп current density сое®cient of oxidic materials as à parameter

for selection in development of electrodes

with аойб electrolytes. Extend abstr. 37-th

Meet. ВЕ, Vilnlus, 1986, V1. р.136-139.

Патент ФРГ Рл 3103787. кл. С 04 В 35/00. опубл.1983.

Изобретение относится к поликристаллическим оксидным керамическим материалам со смешанной проводимостью, которые могут применяться в качестве кислородных мембран s широкой области температур и парциальных давлений кислорода.

„„. Ж„„1794931 А1 (54) ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫЙ ОКСИДНЫЙ

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (57) Изобретение относится к поликристаллическим керамическим материалам со смешанной проводимостью, которые могут применяться в качестве кислородных мембран и элементов электрохимических устройствс твердыми электролитами на основе оксида висмута для получения, очистки и анализа кислорода в газовой фазе. Сущность изобретения: керамический материал содержит следующие компоненты; мол. Я,: оксид висмута 40,0-74,4; оксид. кобальта

18,6-46,5; оксид иттрия 7,0-20,0. Материал имеет кислородопроницаемость (1,47,5) 10 9 моль/с.см, 1050 К и кислородную проводимость 0,4-0,9 см/см. 1 табл. ъ . Кобальтиты РЗЭ и стронция со структУРой пеРовскита Ln1-xSrxCO1-уМУОз-б (гДе

М Fe, Ni, Мп, Cu, Cr; х = 0 + 1.0; у = 0-0,8) являются перспективными материалами кислородопроницаемой керамики и электродов злектрохимических устройств (1-3).

1794931

Однако использование кобальтитов ограничено длительностью установления равновесия при их использовании, сильной зависимостью свойств кобальтитов от парциального давления кислорода в гаэовоЙ фазе, а также образованием с твердыми электролитами на основе ZrOg промежуточных низкапроводящих фаз, Известен кислородопроницаемый керамический состав со смешанной проводимостью на основе ZrOz с добавками стабилизатора и оксидами группы 5А или 6А и/или Т10з, отличающийся высокими рабочими температурами.

Известен также состав на основе оксида висмута с добавками других оксидов, в том числе оксидов переходных металлов, с преимущественно ионной проводимостью.

Материалы на основе оксида висмута, легированного оксидами тербия и празеадима, имеют более высокую кислородопроницаемость, однако являютея дорогими и малодоступными — из-за высокой стоимости оксидов Р33.

Наиболее близким пв технической сущности и достигаемому результату является керамический материал со смешанной проводимостью следукнцего состава. мал. (:

Оксид вйсмута 17-50, Оксид кобальта - Я-70

Оксид лантана 13-45

Эффективность рабаты кислородных мембран определяется величиной кислородопраницаемости используемой керамики;

Цель изобретения - повышение кислородапраницаемасти.:

Поставленная цель достигается тем, чта наряду с аксидами висмута и кобальта,. кислародапраницаемый керамический материал включает оксид иттрия при следующих соотношения компонентов, мал.7;:

Сксид висмута 19.0-74,4

Оксид кобальта 18.6-.76,.0

Сксид иттрия . 5,0-50,0

При использовании в качестве легирующей добавки оксида иттрия вместо оксида лантана и содержании компонентов кера. мического материала в вышеуказанных пределах кислародопроницаемость керамики значительно возрастает.

Ф о р м. у л а и э о б р е т е н и я.

Высокопроницаемый оксидный керамический материал, содержащий ок. сиды висмута, кобальта и оксид редкоземельного элемента, о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения кислородопраДля получения высококислародапроницаемых керамических материалов проводился твердофазный синтез в 2 стадии.

Сначала твердофазной реакцией из оксидов висмута и кобальта, взятых в стехиометрических соотношениях, на воздухе при температуре 870 + 20 К в течение 30 ч были получены поликристаллические образцы с концентрацией оксида кобальта от 20 да 80

"o мол.$, Затем из полученных порошков и оксида иттрия твердофазной реакцией на воздухе при температуре 1020+ 0 К в тече- ние 10 ч были синтезированы укаэанные выше материалы. Синтезированные пораш15 ки керамических материалов прессавались в виде таблеток под давлением 600 МПа и . спеклись при температуре 1070й20 К в те- . чение 25 ч да получения платной керамики с закрытой паристостью. Кислародопро20 ницаемость образцов рассчитывалась па результатам измерений удельной электропроваднасти и чисел переноса в интервале температур 950-1050 К па формуле:

3(02) = (RT/16F ) te (1 - te) g; где g- среднее значение удельной электропровадиости, Ь вЂ” электронное число переноса, Т вЂ” абсолютная температура, J(O2} — кислородапроницаемость, R — универсальная газовая, постоянная;

F — постоянная Фарадея.

Ниже приведены конкретные примеры

35 и полученные при этом результаты.

Пример 1. По результатам измерения электроправоднасти и чисел переноса были рассчитаны значения кислородапраницае-.

40 мости синтезированных керамических материалов, содержащих аксиды висмута, кобальта и лантана (прототип)..

П р и м. е Р 2. Керамические материалы, содержащие вместо оксида лантана оксид

45 иберия, получены и испытаны, как в примере

1. Результаты приведены в таблице.

Иэ данных таблицы следует, что кислородопроницаемость предложенных материалов превосходит соответствующие характеристики прототипа. ницаемасти, он содержит в качестве оксида редкоземельного элемента аксид иттрия при следующем соотнашенйи компонентов, мол, (,:

О ксид висмута . 40,0-74,4

Оксид кобальта 18,6-46,5

Оксид иттрия 7,0-20,0

1794931

Кислородопроницаемость предложенных керамических материалов и прототипа при 1050 К

Составитель Н.Соболева

Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101

Заказ 406 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5