Структурні перетворення в аноді керамічних паливних комірок (КПК) під час його відновлення та окиснення

Області застосування

• Енергетика;
• Виробництво електричної і теплової енергії за технологією керамічних паливних комірок;
• Оптимізація анодного електроду.

Короткий опис

Керамічна паливна комірка є шаруватим макрокомпозитом, шари якого є всі різними, вони мають різну товщину і виконують різні завдання. До складу традиційної КПК входять: електроліт з діоксиду цирконію, стабілізованого у кубічній фазі (далі – ZrO₂^с); анод, який виготовляють з суміші порошків ZrO₂^с і NiO, та катод на основі перовскитної кераміки на основі оксиду лантану, до якої також додають ZrO₂^с для узгодження коефіцієнтів термічного розширення з електролітом. Робоча температура КПК є в межах 600 - 800 °С, що сприяє дифузійним процесам між складовими КПК.
В роботі передбачається:
1. Отримати дані щодо структурних і хімічних змін аноду NiO – ZrO₂^с під час його виготовлення і відновлення в ньому Ni.
2. Дослідити вплив відновного і окисного середовищ та циклічності їх зміни на дифузійний перерозподіл хімічних елементів і структурно-фазовий стан у системі 10Sc1CeSZ – NiO та її фізико-механічні властивості.
3. Відпрацювати виготовлення анодних підкладок з необхідними фізико-механічними властивостями, у тому числі після відокс (redox)–циклування, для наступного нанесення на неї ZrO₂^с-електролітної плівки за допомогою EB-PVD.
4. Отримати дані щодо структурної та хімічної неоднорідності цирконієво-керамічних паливних комірок, яка в них виникає під час виготовлення і роботи, та її впливу на їхні механічні і електрохімічні властивості. Отримане знання буде основою оптимізації будови КПК, яка забезпечить їм максимальні перетворювальні властивості та тривалий термін служби.

Очікувані властивості

• Оптимізація складу компонентів КПК.
• Покращення іонної провідності електролітного матеріалу, що в свою чергу підвищить ефективність роботи всієї КПК.
• Розуміння фізико-хімічних процесів структурного перетворення в компонентах КПК в умовах роботи.

Переваги

Оптимізована структура аноду забезпечує вищу ефективність роботи усієї паливної комірки.

Конкуренти

Університет Св. Андрія, Об'єднане королівство, проф. Дж. Ірвін
Університет м. Бірмінгем, Об'єднане королівство, проф. Р. Штайнбергер-Вілкенс
Дослідний центр Юліх, Німеччина, проф. Л. Блюм

Стан розробки

Досліджено структуру аноду Ni-ZrO₂ в умовах роботи КПК і при відокс-процесах. Досліджено вплив відновного середовища (чистий водень, суміш газів 5-% H2 – Ar, відокс циклування) на структуру NiO, його міцність і електричні властивості, що дозволило покращити розуміння впливу відновлення металевої фази на властивості анодного композиту ZrO₂^с-NiO.

Інтелектуальна власність

Патентування розробки планується по завершенні досліджень.

Контактна інформація

Виконавець: Інститут Проблем Матеріалознавства ім. Францевича НАН України

Проект №34 «Структурні перетворення в аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення»

Контактна особа:

Керівник проекту: Васильєв Олександр Дмитрович Teл: +38 044 424 0294 Е-mail: vasilev@ipms.kiev.ua	Відповідальний виконавець: Бродніковський Єгор Миколайович E-mail: bregor@ukr.net
ІПМ команда українських розробників керамічних паливних комірок. Зліва направо: к.т.н. с.н.с. Є. Бродниковський, м.н.с. О. Кирпа, асп. Н. Лисуненко, н.с. М. Бричевський, к.ф.-м.н. н.с. Д. Бродниковський, д.ф.-м.н. п.н.с. І. Биков, к.т.н. н.с. І. Бродниковська, д.ф.-м.н. п.н.с. О. Васильєв

---