Электрод для высокотемпературных электрохимических устройств с твердым электролитом

Изобретение относится к области высокотемпературных электрохимических устройств с твердым кислородионным электролитом и может быть использовано в качестве электродов при создании электролизеров, топливных элементов и других устройств. Согласно изобретению электрод, выполненный на основе соединения перовскитного типа с электронной проводимостью с добавками электролита состава Bi₂O₃-Y₂O₃ или смесь электролитов Bi₂O₃-Y₂O₃ и ZrO₂-Sc₂O₃ или Bi₂O₃-Y₂O₃ и ZrO₂-Y₂O₃ и нанесенный на поверхность твердого электролита с кислородионной проводимостью, дополнительно содержит между электродом и твердым электролитом промежуточный слой из смеси оксидов двух- и четырехвалентного урана в количестве 85-97 мас.% и твердого электролита 3-15 мас.% толщиной 2-10 мкм. Техническим результатом является увеличение электрохимической активности электродов, проявляющейся в уменьшении поляризационного сопротивления электродов в катодных и анодных процессах. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области высокотемпературных электрохимических устройств с твердым кислородионным электролитом и может быть использовано в качестве электродов при создании электролизеров, топливных элементов и других устройств.

Известен анод высокотемпературных топливных батарей на основе никеля, содержащий также добавку до 50 процентов по массе порошка электролита состава ZrO₂-Y₂O₃ (T.Kawada, N.Sakai, H.Yokokawa, W.Dokiya, Characteristics of Slurry-Coated Nickei Zirconia Cermet Anodes for Solid Oxide Fuel Cells. II J.Electrochem. Soc. 1990. Vol.137, N 10. P.3042-3047).

Известен также способ изготовления электродов (заявка ФРГ N 3611291, кл. Н01М 4/88, опубл. 15.10.87), содержащих основу, представляющую собой материал с электронной проводимостью (манганиты лантана-стронция или лантана-кальция), и добавку твердых электролитов, имеющую ионную проводимость (СеO₂, ZrO₂-CaO, ZrO₂-Y₂O₃, ZrO₂-Yb₂О₃, ZrO₂-CeO₂, ZrO₂-MgO).

Известен также электрод (патент РФ №2079935) для электрохимических устройств с твердым электролитом, содержащий основу, представляющую собой соединение типа перовскита с электронной проводимостью и добавку из твердого электролита, обладающего ионной проводимостью. В качестве добавки к основе служит твердый электролит состава Вi₂O₃ - Y₂О₃, или смесь Вi₂O₃ - Y₂О₃ и ZrO₂ Sc₂O₃, или смесь Вi₂O₃ Y₂О₃ и ZrO₂ Y₂О₃, принятый за прототип.

Недостатками известных электродов является их пониженная электрохимическая активность, проявляющаяся в большом поляризационном сопротивлении в катодных и анодных процессах.

Предложенное в заявке техническое решение, заключающееся в том, что электрод дополнительно содержит между электродом и твердым электролитом промежуточный слой из смеси оксидов двух- и четырехвалентного урана в количестве 85-97 мас.% и твердого электролита 3-15 мас.% толщиной 2-10 мкм, причем смесь оксидов урана отвечает составу UО_2-х, где х=0,2-0,4, позволяет существенно увеличить электрохимическую активность электродов.

Пример 1. На поверхность твердого электролита на основе диоксида циркония наносится слой из смеси 97 мас.% UO_1,8 и 3 мас.% твердого электролита толщиной 2 мкм, после чего наносится электрод известного по патенту РФ №2079935 состава. Измеренное поляризационное сопротивление полученного электрода в катодном и анодном процессах составляет 0,1-0,15 Ом/см².

Пример 2. На поверхность твердого электролита на основе диоксида циркония наносится слой из смеси 85 мас.% UO_{1, 6} и 15 мас.% твердого электролита толщиной 10 мкм, после чего наносится электрод известного по патенту РФ №2079935 состава. Измеренное поляризационное сопротивление полученного электрода в катодном и анодном процессах составляет 0,08-0,15 Ом/см².

Пример 3. На поверхность твердого электролита на основе диоксида циркония наносится слой из смеси 80 мас.% UО_1,9 и 20 мас.% твердого электролита толщиной 5 мкм, после чего наносится электрод известного по патенту РФ №2079935 состава. Измеренное поляризационное сопротивление полученного электрода в катодном и анодном процессах составляет 0,15-0,3 Ом/см².

Пример 4. На поверхность твердого электролита на основе диоксида циркония наносится слой из смеси 98 мас.% UO_1,5 и 2 мас.% твердого электролита толщиной 5 мкм, после чего наносится электрод известного по патенту РФ №2079935 состава. Измеренное поляризационное сопротивление полученного электрода в катодном и анодном процессах составляет 0,2-0,4 Ом/см².

Приведенные примеры осуществления заявляемого электрода показывают, что повышение электрохимической активности электрода по отношению к известным электродам достигается комбинацией существенных признаков, а именно: электрод дополнительно содержит между электродом и твердым электролитом промежуточный слой из смеси оксидов двух- и четырехвалентного урана в количестве 85-97 мас.% и твердого электролита 3-15 мас.% толщиной 2-10 мкм, а смесь оксидов урана отвечает составу UO_2-x, где х=0,2-0,4.

1. Электрод для высокотемпературных электрохимических устройств с твердым электролитом, выполненный на основе соединения перовскитного типа с электронной проводимостью с добавками электролита состава Bi₂O₃-Y₂O₃ или смеси электролитов Bi₂O₃-Y₂O₃ и ZrO₂-Sc₂O₃ или Bi₂O₃-Y₂O₃ и ZrO₂-Y₂O₃ и нанесенный на поверхность твердого электролита с кислородной проводимостью, отличающийся тем, что дополнительно содержит между электродом и твердым электролитом промежуточный слой из смеси оксидов двух- и четырехвалентного урана в количестве 85-97 мас.% и твердого электролита 3-15 мас.% толщиной 2-10 мкм.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что смесь оксидов урана отвечает составу UO_2-x, где х=0,2-0,4.