Оцінка хімічної сумісності між електролітом Ba₇Nb₄MoO₂₀ та деякими електродними матеріалами твердооксидних паливних елементів

Анотація

Твердооксидний паливний елемент — це електрохімічний пристрій, який складається з аноду, електроліту і катоду та перетворює хімічну енергію реакції між паливом і киснем безпосередньо на електричну. Однак висока робоча температура (700–900 °С), яка необхідна для ефективного транспорту іонів, призводить до температурної деградації та хімічної взаємодії між компонентами паливного елемента. Розв’язання цієї проблеми видається можливим лише шляхом використання електроліту, що володіє високою провідністю при 500–600 °С. Одним з таких матеріалів є перовськіт Ba₇Nb₄MoO₂₀. Проте його хімічна сумісність з електродними матеріалами практично не вивчена. У зв’язку з цим за допомогою X-променевого фазового аналізу ми дослідили хімічну сумісність електроліту Ba₇Nb₄MoO₂₀ з CuO, CoO і Fe₂O₃ як можливими компонентами аноду Me_xO_y/Ba₇Nb₄MoO₂₀, а також із катодним матеріалом Ba_0,5Sr_0,5Zn_0,2Fe_0,8O₃ після відпалу при 600–700 °С впродовж 10 год. Встановлено, що Ba₇Nb₄MoO₂₀ характеризується низькою хімічною сумісністю з CuO, CoO та Fe₂O₃, оскільки взаємодія між компонентами суміші спостерігається вже при 600–700 °С, а при 800 °С фаза Ba₇Nb₄MoO₂₀ повністю зникає або присутня лише у невеликій кількості. За кількістю фази Ba₇Nb₄MoO₂₀ після відпалу при різних температурах її хімічна сумісність із дослідженими оксидами металів зменшується в такому порядку: CoO > Fe₂O₃ > CuO. У суміші Ba₇Nb₄MoO₂₀ з Ba_0,5Sr_0,5Zn_0,2Fe_0,8O₃ відсутня взаємодія при 600–700 °С, тоді як при 800 °С фаза Ba₇Nb₄MoO₂₀ повністю розчиняється у Ba_0,5Sr_0,5Zn_0,2Fe_0,8O₃. При типових умовах спікання катоду (950–1050 °С, 3 год) також спостерігається хімічна взаємодія між електролітом та катодом, в результаті якої утворюються тверді розчини на основі BaNbO₃, SrMoO₃ та BaNb₂O₆.