Створення багатошарової збірки компонентів паливної комірки, розробка методів формування та спікання, дослідження властивостей

Нанопорошок ZrO₂, паливна комірка та її структура: 1 – шар аноду, 2 –шар електроліту, 3 – шар катоду.

Області застосування

Енергетика.

Короткий опис

Проект націлено на розробку технологічних основ виготовлення матеріалів та компонентів паливних комірок. Всі матеріали та компоненти паливної комірки розроблено та виготовлено у відділі фізичного матеріалознавства ДонФТІ НАН України.
Розроблено технології синтезу слабоагломерованих нанопорошків для всіх елементів паливної комірки: електроліту – на базі оксиду цирконію, стабілізованого різновалентними домішками, аноду - нанокомпозит складу ZrO₂-NiO та катоду – нанокомпозит складу ZrO₂ – LaSrMnO₃ (LaSrCoO₃). Розроблено технологію формування та спікання паливних елементів трубчастої форми довжиною до 200 мм та перерізом 6-8 мм.
Винайдено оптимальні технологічні режими формування, спікання та відновлення паливної комірки.

Очікувані властивості

Спіканням при температурах 1400-1500ºС було одержано керамічні зразки аноду, двошарової анод-електролітної збірки у вигляді трубок діаметром 6 - 8 мм та довжиною 150-200 мм.
Регулюванням величини тиску компактування можна змінювати рівень поруватості аноду.
Встановлено, що структура, фазовий та хімічний склад елементів паливної комірки відповідають заданим характеристикам.
Встановлено, що рівень іонної провідності по об’єму зерна при 600ºС складає (1-3)х10 ^-1 Ом ^-1м ^-1 і слабо залежить від типу домішки.

Переваги

Встановлено, що тільки при використанні методу гідростатичного пресування та сумісного спікання нанопорошків було виготовлено двошарову збірку матеріалів анода та електроліту трубчатої форми, що забезпечило правильну циліндричну форму та необхідні показники міцності та поруватості несучого шару аноду, а також малу товщину (10-20 мкм) та високу щільність шару електроліту у порівнянні з іншими методами.

Конкуренти

Siemens Power Corporation;
Bloom Energy, Aqumetric, Staxera.

Стан розробки

В результаті виконання роботи було відпрацьовано технологічні режими одержання з оксидних нанопорошків двошарової збірки трубчатої форми з несучим анодом, з необхідним рівнем поруватості аноду та тонким газощільним електролітом. Шар катоду наносився методом розпорошення суспензії нанопорошку складу ZrO₂ – LaSrMnO₃ та спіканням при 1100-1200ºС

Інтелектуальна власність

Базовий варіант технології одержання нанопорошків захищений патентом України на винахід „Процес одержання порошків оксидів” №81966
Константінова Т.Є., Пилипенко М.П., Олексієнко В.І., Даніленко І.А.
власн. ДонФТІ НАНУ – Заявка № а200601880 від 21.02.2006р. Бюл. №4 від 25.02.2008 р

Контактна інформація

Виконавець: Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України

Проект №38 «Розробка нових високоефективних матеріалів з функціональними і конструкційними властивостями та створення експериментальних зразків оксидно-керамічних паливних комірок на основі ZrO₂»

Контактна особа:

Константінова Тетяна Євгенівна

Е-mail: matscidep@aim.com

---