Звіт про науково-дослідну роботу:”Структурна оптимізація керамічних паливних комірок з урахуванням дифузії хімічних елементів під час їхнього виготовлення і роботи”

Мета роботи - оптимізація будови цирконіево-керамічних паливних комірок з урахуванням дифузії хімічних елементів, яка відбувається в них під час виготовлення та роботи.

Терміни виконання наукової роботи: початок І кв.2010р.
закінчення IV кв.2012р.

Керівник роботи: Васильєв О.Д., пров. наук. співроб., докт. ф.-м. наук. (Email:fsa@ipms.kiev.ua)

Дані про реєстрацію роботи № 0110U002345

Скорочений зміст висновків рецензентів.

В роботі на високому експериментальному рівні вивчено закономірності формування структури складових паливної комірки та впливу взаємодифузії складових на властивості КПК, що дозволяє передбачати робочі характеристики пристрою та ефективно корегувати склад складових. Це може дозволити збільшити ресурс КПК, а отже знизити ціну за рахунок збільшення терміну ефективної експлуатації.

В роботі встановлено, що в діапазоні температур 400 - 900 °С електроліти 1Се10SсSZ мають високо та низькотемпературні енергії активації руху іонів в кристалі. В ході дослідження дифузійних процесів між складовими паливної комірки було встановлено, що водень сприяє дифузійним процесам, навіть при порівняно низьких температурах (600 °С).

Пропозиції про подальше використання результатів роботи.

Результати роботи мають бути виконані при виготовленні керамічних паливних комірок та паливно-комірчаних систем на їхній основі.

РЕФЕРАТ

Мета роботи - оптимізація будови цирконієво-керамічних паливних комірок з урахуванням взаємної дифузії хімічних елементів під час їхнього виготовлення та роботи.

Об'єкт дослідження - закономірності формування структури, механічної поведінки та електропровідності матеріалів цирконієво-керамічних паливних комірок, а саме: електроліту (1Се10SсSZ), аноду Ni0-Zг02, бар'єрного катодного шару та підкладки/з'єднувача на основі Тi-Si.

Методи дослідження - СЕМ, ПЕМ, Х-ДФА, лазерна гранулометрія, БЕТ, механічні випробування, мікроіндентування, ЕПР, АСМ.

Проведено дослідження структурних змін в складових КПК: бар'єрного шару та аноду з електролітом під час їхнього виготовлення і відновлення. Встановлено, що водень сприяє взаємній дифузії при температурі 600 °С.

Досліджено тонку будову в околі межі розподілу анод-електроліт, осаджений за допомогою електронного променя. Описані механізми зародження та росту плівки 1Се10SсSZ на Ni0 та 8УSZ фазах аноду.

Досліджено особливості структури, механічної поведінки та електричної провідності електроліту 1Се10SсSZ. Визначено, що в інтервалі температур 400-900 °С електроліти мають дві енергії активації руху йонів у кристалі, точка переходу між якими визначається властивостями порошку, з якого зроблено цей електроліт і не залежить від температури його спікання.

Запропоновано визначати температуру Т(Zг), за якої парамагнітні центри Zг3+починають ефективно продукуватися, як параметр, який може бути використаний для визначення стабільності кристалічної ґратки.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: КЕРАМІЧНІ ПАЛИВНІ КОМІРКИ, 1Се10SсSZ ЕЛЕТРОЛІТ, Ni0-Zг02 АНОД, БАР’ЄРНИЙ ШАР GDC, Тi-Si НОСІЙ/3"ЄДНУВАЧ.

ПУБЛІКАЦІЇ

Макордей Ф.В., Баклан В.Ю., Колесникова І., Щадних Н.М., Михайленко В.Г.

Патент України № 46865. Бюл. №1, 11.01.2010. Спосіб виготовлення електроліту для високотемпературного цирконієво-керамічного паливного елементу.

Бричевський, О.Д. Васильєв, Є.Г. Пришепа, Є.М. Бродніковський, С.О. Фірстов, А.Л. Смірнова. Вплив температури спікання на механічну поведінку та провідність кераміки, виготовленої з порошків 10SсiСеSZ. Електронна мікроскопія і міцність матеріалів, №17 (2010).

В. Баклан, А. Васильев. Несбывшаяся мечта XXвека. Альтернативная энергетика и экология, №8, 2011.

О. Vasylyev, M. Brychevskyi, E. Pryshchepa and A. Smimova О.Д On nucleation and growth mechanisms of EB-PVD zirconia films on porous NiO-ZrO2 substrate. Proc. Internat.Conf. "Oxide Materials for Electronic Engineering- fabrication, properties and application -OMEE-2012", Sept., 3-7, 2012, Lviv, Ukraine. MV.Shpotyuk Ed., Lviv Publish.Housc, 2012, 316 p.

L.Yurchenko, 1. Bykov, A. Vasylyev, V. Vereshchak, G. Suchaneck. Defect structure of zirconium oxide nanosized powders with Y203, Sc203,Cr203 impurities. ibid.