МАТЕРИАЛ ДЛЯ КИСЛОРОДНОГО ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2000 года по МПК G01N27/30 H01M4/48 

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, кислородных насосах, электролизерах и топливных элементах.

В качестве электродного материала электрохимических устройств известно использование оксидов со структурой перовскита A_1-xB_1-y•M_x+yO_3+δ (где A - РЗЭ, B - Mn, Co, Cr; M - Mg, Ba, Sr, Ca), которые обладают хорошей электронной проводимостью из-за большой концентрации электронных дефектов и незначительной проводимостью по ионам кислорода, т.к. концентрация ионных дефектов в них мала [1, 2].

Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является применение в качестве кислородного электрода слоистого перовскита YBa₂(Cu_1-xFe_x)₃O_6+δ (x = 0-0,2) [3]. δ для слоистого перовскита YBa₂Cu₃O_6+δ в интервале температур 400-950^oC и Po₂ = 1 - 10^-6 атм изменяется в пределах от 0,0 до 1,0 [4]. Применение слоистого перовскита в качестве кислородного электрода приводит к снижению температуры, при которой устанавливаются термодинамические значения ЭДС на ячейке с твердым электролитом на основе ZrO₂.

Недостатком известного электродного материала является малая электропроводность YBa₂(Cu_1-xFe_x)₃O_6+δ σ = 29 - 10 Ом^-1 • см^-1 для составов с x = 0,0-0,2; t = 900^oC и Po₂ = 0,21 атм.

Задачей настоящего изобретения является получение электродного материала со слоистой структурой перовскита, с хорошей проводимостью при высоких температурах.

Сущность изобретения состоит в том, что в подрешетку меди слоистого перовскита (YBa₂Cu₃O_6+δ) дополнительно вводятся атомы кобальта в следующих количествах по формуле:
YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O_6+δ;
где x = 0,6 - 0,8, а δ является известной величиной, равной 0,0-0,1 [4].

Сопоставленный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение отличается от известного введением атомов кобальта в подрешетку меди слоистого перовскита YBa₂Cu₃O_6+δ.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Исходные материалы:
оксид иттрия Y₂O₃;
оксид бария BaO;
оксид меди Cu₂O;
оксид кобальта Co₃O₄.

Из этих материалов по керамической технологии синтезировали следующие составы YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O_6+δ (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0). Обжиг проводился на воздухе при 950^oC в течение 40 часов.

Рентгенофазовый анализ после синтеза показал, что слоистый перовскит с орторомбической и тетрагональной фазами образуется для составов YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O_6+δ (x = 0,0-0,8). Составы с большим содержанием кобальта были многофазными.

Из составов YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O_6+δ x = 0,0-0,9 были приготовлены образцы для исследования электропроводности следующего размера (35х5х5) мм³. Обжиг образцов проводили на воздухе при 950^oC в течение 40 часов. Измерения электропроводности осуществляли 4-зондовым методом на постоянном токе. Результаты измерения приведены в таблице.

Предлагаемый материал для кислородного электрода электрохимических устройств имеет структуру слоистого перовскита и обладает хорошей проводимостью при высоких температурах в окислительных средах.

Литература
1. Высокотемпературные оксидные электронные проводники электрохимических устройств //С. Ф.Пальгуев, В.К.Гильдерман, В.И.Земцов. - М.: Наука, 1990. - 197 с.

2. Гильдерман В.К., Земцов В.И., Кузьмин Б.В., Пальгуев С.Ф. "Материал для электрода электрохимических датчиков кислорода" А.с. N 1233028. Бюл. N 19, 23.05.86; приоритет от 8.06.84.

3. V.K.Gilderman, M.A.Andreeva and S.F.Palguev. La_1,825Sr_0,175•Cu_1-xFe_xO_y and YBa₂(Cu_1-xFe_x)₃O_y for electrodes of electrochemical oxygen sensors //Sensors and Actuators B. 7. (1992) P. 738-741.

4. Jung-Sik Kim, David R. Gaskell. Stability Diagram for the System YBa₂Cu₃O_7-x //J. Am. Ceram. Soc. (1994) V. 77, N. 3. P. 753-758.

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, кислородных насосах, электролизерах и топливных элементах. Техническим результатом изобретения является получение электродного материала со слоистой структурой перовскита с хорошей проводимостью при высоких температурах. Материал для кислородного электрода содержит оксид кобальта и меди, оксид иттрия, оксид бария при следующих соотношениях по формуле:
YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O₆+δ,
где х = 0,6-0,8; δ = 0,0-1,0. 1 табл.

Материал для кислородного электрода электрохимических устройств, содержащий оксиды редкоземельного элемента, щелочноземельного элемента и меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид кобальта, а в качестве оксида редкоземельного элемента выбран оксид иттрия, в качестве щелочноземельного элемента - оксид бария в следующих соотношениях по формуле
YBa₂(Cu_1-xCo_x)₃O₆+δ,
где х = 0,6 - 0,8;
δ = 0,0 - 0,1.