Page 108 - Zmist-n4-2015

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК 621.762
ДИФУЗІЙНІ ПРОЦЕСИ МІЖ БАР’ЄРНИМ КАТОДНИМ ШАРОМ
І ЕЛЕКТРОЛІТОМ ТВЕРДООКСИДНОЇ ПАЛИВНОЇ КОМІРКИ
1 1 1
Л. М. УШКАЛОВ , Є. М. БРОДНІКОВСЬКИЙ , Н. О. ЛИСУНЕНКО ,
1
2
1
М. М. БРИЧЕВСЬКИЙ , Б. Д. ВАСИЛІВ , О. Д. ВАСИЛЬЄВ
1
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ;
2
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено вплив відновного і окисного середовищ на взаємну дифузію хімічних
елементів між бар’єрним (захисним) катодним шаром (Се, Gd)О 2–d і електролітом
YSZ твердооксидної паливної комірки під час відпалу при 1400°С. За результатами
аналізу розподілу хімічних елементів у відпалених зразках встановлено, що Ce та
Gd під час відпалу у відновному середовищі інтенсивніше дифундують в електроліт,
ніж Zr з електроліту до захисного шару. Порівняно з окисним середовищем (повіт-
рям), у відновному (воденьвмісному) взаємна дифузія елементів Ce, Gd та Zr значно
інтенсивніша, а глибина їх проникнення більша у 1,5–3 рази.
Ключові слова: напилення, напівкомірка, твердооксидна паливна комірка, мікро-
структура, енергодисперсійний рентгенівський аналіз.
Твердооксидні паливні комірки (ТОПК) викликають значний інтерес не тіль-
ки в науковців, а й на практиці, оскільки характеризуються високим коефіцієн-
том корисної дії, низьким рівнем шкідливих викидів у довкілля під час роботи та
широким вибором речовин, які можна використати як паливо, і здатні конкуру-
вати з існуючими потужностями з виробництва електроенергії, а також тепла [1].
Для успішного впровадження ТОПК у серійне виробництво необхідно знизити їх
робочу температуру, що відкриє шлях до ширшого вибору матеріалів, наприклад,
металевого з’єднувача та склоподібного ущільнювача, зменшить темпи деграда-
ції матеріалів, забезпечить швидший вихід до робочої температури та гарантува-
тиме тривалішу роботу батареї паливних комірок.
Щоб робоча температура ТОПК була нижча за 1000°С, потрібно зменшити
загальний електричний опір комірки і розробити високоефективні електроди,
оскільки послаблюється кінетика хімічних реакцій на катоді та аноді. Виявлено
[2–4], що перспективним матеріалом для катода паливної комірки, який має екс-
плуатуватися в області середніх (800°С) температур, є перовскит на основі ко-
бальтиту лантану зі стронцієм La(Sr)CoO 3 (позначення LSC). Ця сполука ефек-
тивніша в області середніх температур, ніж широковживаний манганит лантану
зі стронцієм. Проте кобальтит лантану зі стронцієм може взаємодіяти з електро-
літом на основі допованого оксидом ітрію оксиду цирконію (позначення YSZ) і
формувати на межі електроліт–катод сполуки La 2Zr 2O 7 чи SrZrO 3 з дуже низькою
електропровідністю, що негативно впливає на загальну ефективність комірки.
Цього можна уникнути нанесенням захисного шару між електролітом і катодом.
Як матеріал для нього можна використати стабілізований гадолінієм оксид церію
(Се, Gd)О 2–d (позначення CGO), який в області середніх температур хімічно
інертний до електроліту на основі оксиду цирконію і катода на основі кобальтиту
лантану. Він також має близький до матеріалів електроліту і катода коефіцієнт

Контактна особа: Б. Д. ВАСИЛІВ, e-mail: vasyliv@ipm.lviv.ua
107