Page 1 - 07
P. 1
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 666.3: 539.4.015
ОПТИМІЗАЦІЯ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
МАТЕРІАЛУ АНОДІВ ПАЛИВНИХ КОМІРОК
2
1
1
Б. Д. ВАСИЛІВ , В. Я. ПОДГУРСЬКА , Є. М. БРОДНІКОВСЬКИЙ
1
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів;
2
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ
Проаналізовано вплив структурних перетворень у нікелевій фазі під час однократно-
го відновлення та відновлювально-окиснювального (redox) циклування за темпера-
тури 600°С на формування рівнів міцності та електропровідності кераміки YSZ–NiO
для анодів-підкладок твердооксидних паливних комірок, отриманої за технологією
плакування порошку YSZ оксидом нікелю. Після redox-обробки одержано структу-
ру, що забезпечує поліпшені фізико-механічні характеристики матеріалу.
Ключові слова: керамічна паливна комірка, анод-підкладка, плакування, відновлю-
вально-окиснювальна обробка, структура, електропровідність, міцність.
Кінцевою технологічною операцією обробки NiO-вмісних анодів-підкладок
перед експлуатацією в керамічних (твердооксидних) паливних комірках (КПК) є
відновлення нікелевої фази у водневовмісному середовищі, щоб досягти необхід-
ної їх електричної провідності. Під час виготовлення анода з механічної суміші
порошків NiO і YSZ (оксиду цирконію ZrO 2, стабілізованого 8 mol.% Y 2O 3)
складно досягти їхнього рівномірного розподілу в структурі, тому під час віднов-
лення зростають залишкові напруження і знижується його міцність [1, 2]. Нато-
мість, хімічні методи плакування порошку YSZ та просочування керамічної мат-
риці YSZ водним розчином азотнокислої солі нікелю, які використовують для
виготовлення електричних контактів, забезпечують рівномірне введення нікеле-
вої фази та не викликають росту залишкових напружень під час відновлення
[3, 4]. З їх допомогою вдається досягти вищої міцності кермету YSZ–Ni через
менший, ніж у виготовлених із механічної суміші порошків NiO і YSZ анодних
матеріалів, вміст оксиду нікелю у вихідній структурі [5].
Одним із дієвих способів підвищення механічної та електрохімічної тривко-
сті NiO-вмісних анодів-підкладок КПК є циклічна відновлювально-окиснювальна
обробка (redox-циклування) за температури 600°С [1, 6–11], яка поліпшує міц-
ність кераміки ScCeSZ–NiO на 10…12% [1, 7], а оксиду нікелю NiO – на 61…93%
[8]. З цих міркувань доцільно дослідити тенденції впливу redox-циклування на
матеріали анода-підкладки КПК, отримані хімічним методом плакування порош-
ку YSZ.
Нижче проаналізовано роль структурних перетворень у нікелевій фазі під
час дії відновлювального та окиснювального високотемпературних (600°С) газо-
вих середовищ у формуванні рівнів міцності та електропровідності кераміки
YSZ–NiO для анодів-підкладок КПК, отриманої за технологією плакування по-
рошку YSZ оксидом нікелю.
Матеріал і методика випробувань. Досліджували зразки матеріалу систе-
ми YSZ–NiO, виготовлені в Інституті проблем матеріалознавства ім. І. М. Фран-
цевича НАН України. Керамічний порошок для зразків готували за технологією
Контактна особа: Б. Д. ВАСИЛІВ, e-mail: vasyliv@ipm.lviv.ua
7