RU2800973C1 - Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on yttrium-doped barium-lanthanum indate - Google Patents
Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on yttrium-doped barium-lanthanum indate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800973C1 RU2800973C1 RU2023107539A RU2023107539A RU2800973C1 RU 2800973 C1 RU2800973 C1 RU 2800973C1 RU 2023107539 A RU2023107539 A RU 2023107539A RU 2023107539 A RU2023107539 A RU 2023107539A RU 2800973 C1 RU2800973 C1 RU 2800973C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lanthanum
- indate
- proton conductivity
- solid oxide
- bala
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к производству материалов для электрохимических устройств, а именно, к твердооксидным электролитным материалам с протонной проводимостью на основе индата бария-лантана (BaLa2In2O7), которые могут быть использованы в качестве материала электролита в протонпроводящих твердооксидных топливных элементах, используемых для получения электроэнергии.The invention relates to the production of materials for electrochemical devices, namely, solid oxide electrolyte materials with proton conductivity based on barium-lanthanum indate (BaLa 2 In 2 O 7 ), which can be used as an electrolyte material in proton-conducting solid oxide fuel cells used for receiving electricity.
Большинство известных материалов, характеризующихся протонной проводимостью в сочетании с низкой химической устойчивостью, обладают структурой перовскита или производной от нее. К таким материалам относится, например, материал протонпроводящего электролита на основе BaCeO3 (Ryu K.H., Haile S.M. Chemical stability and proton conductivity of doped BaCeO3-BaZrO3 solid solutions // Solid State Ionics. - 1999. V. 125, P. 355-367. https://doi.org/ 10.1016/S0167-2738(99)00196-4) [1]. Данный материал обладает низкой химической устойчивостью к углекислому газу, что снижает его эффективность при работе в топливных элементах.Most of the known materials, characterized by proton conductivity combined with low chemical resistance, have a perovskite structure or a derivative of it. Such materials include, for example, the material of a proton-conducting electrolyte based on BaCeO 3 (Ryu KH, Haile SM Chemical stability and proton conductivity of doped BaCeO 3 -BaZrO 3 solid solutions // Solid State Ionics. - 1999. V. 125, P. 355 -367. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(99)00196-4) [1]. This material has a low chemical resistance to carbon dioxide, which reduces its effectiveness when working in fuel cells.
В качестве новых перспективных протонных проводников можно рассматривать химические соединения со структурой, отличной от структуры перовскита. В качестве таковых известен индат бария-лантана, характеризующийся блочно-слоевой структурой Раддлесдена-Поппера. Этот материал представляет собой протонный проводник при температуре ниже 400 °C и влажности атмосферы pH2O = 2⋅10−2 атм, однако значения протонной проводимости для него сравнительно невысоки и при 400 °C составляют 0.9⋅10−6 Ом−1⋅см−1.Chemical compounds with a structure different from that of perovskite can be considered as promising new proton conductors. As such, barium-lanthanum indate is known, which is characterized by a block-layer structure of Ruddlesden-Popper. This material is a proton conductor at temperatures below 400 °C and atmospheric humidity pH 2 O = 2⋅10 −2 atm, however, the values of proton conductivity for it are relatively low and at 400 °C are 0.9⋅10 −6 Ω −1 ⋅ cm -1 .
Задача настоящего изобретения состоит в разработке твердооксидного электролитного материала на основе индата бария-лантана, с повышенной протонной проводимостью, который может быть использован в качестве электролита в твердооксидном топливном элементе. An object of the present invention is to provide a barium lanthanum indate solid oxide electrolyte material with enhanced proton conductivity that can be used as an electrolyte in a solid oxide fuel cell.
Для этого предложен твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью, представляющий собой индат бария-лантана, допированный иттрием имеющий состав: BaLa2InYO7.For this, a solid oxide electrolyte material with proton conductivity is proposed, which is a barium-lanthanum indate doped with yttrium having the composition: BaLa 2 InYO 7 .
При введении катионов иттрия в подрешетку лантана происходит расширение кристаллической решетки индата бария-лантана, что подтверждается увеличением параметров и объема кристаллической решетки, представленных в таблице, вследствие чего возрастают значения кислородно-ионной и протонной проводимости индата бария-лантана, допированного иттрием.When yttrium cations are introduced into the lanthanum sublattice, the crystal lattice of barium-lanthanum indate expands, which is confirmed by an increase in the parameters and volume of the crystal lattice presented in the table, as a result of which the values of the oxygen-ion and proton conductivity of barium-lanthanum indate doped with yttrium increase.
Полученный индат бария-лантана, допированный иттрием BaLa2InYO7 характеризуется высокими значениями протонной проводимости с доминированием протонного транспорта при T < 400 °C и pH2O = 2⋅10−2 атм, что является необходимыми условиями для применения материала в качестве электролита протонпроводящего топливного элемента.The resulting barium-lanthanum indate doped with yttrium BaLa 2 InYO 7 is characterized by high values of proton conductivity with the dominance of proton transport at T < 400 °C and pH 2 O = 2⋅10 −2 atm, which is the necessary conditions for using the material as a proton-conducting electrolyte fuel cell.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в создании материалов на основе индата бария-лантана, характеризующихся высокими значениями протонной проводимости при T < 400 °C и pH2O = 2⋅10−2 атм.A new technical result achieved by the claimed invention is the creation of materials based on barium-lanthanum indate, characterized by high values of proton conductivity at T < 400 °C and pH 2 O = 2⋅10 −2 atm.
Изобретение иллюстрируется таблицей и рисунками. В таблице приведены параметры и объем ячейки сложных оксидов BaLa2In2O7 и BaLa2InYO7. На фиг. 1 показана дифрактограмма образца полученного материала состава BaLa2InYO7. На фиг. 2 и 3 представлены температурные зависимости электропроводности образцов полученного материала в сравнении с материалом BaLa2In2O7 в сухой (pH2O = 3.5⋅10−5 атм) и влажной (pH2O = 2⋅10−2 атм) атмосферах соответственно. На фиг. 4 представлены температурные зависимости протонной проводимости образца материала BaLa2InYO7 в сравнении с материалом BaLa2In2O7. The invention is illustrated in a table and figures. The table lists the parameters and cell volume of complex oxides BaLa 2 In 2 O 7 and BaLa 2 InYO 7 . In FIG. 1 shows a X-ray diffraction pattern of a sample of the obtained material with the composition BaLa 2 InYO 7 . In FIG. Figures 2 and 3 show the temperature dependences of the electrical conductivity of samples of the obtained material in comparison with the BaLa 2 In 2 O 7 material in dry (pH 2 O = 3.5⋅10 −5 atm) and wet (pH 2 O = 2⋅10 −2 atm) atmospheres, respectively. . In FIG. Figure 4 shows the temperature dependences of the proton conductivity of a sample of the BaLa 2 InYO 7 material in comparison with the BaLa 2 In 2 O 7 material.
Материал BaLa2InYO7 получен методом твердофазного синтеза, известным из (Caldes M., Michel C., Rouillon T., Hervieu M., Raveau B. Novel indates Ln2BaIn2O7, n = 2 members of the Ruddlesden- Popper family (Ln = La, Nd) // Journal of Materials Chemistry. - V. 12. - P. 473-476. https://doi.org/10.1039/B108987K) [2]. Проведен рентгенофазовый анализ образцов полученного материала состава BaLa2InYO7 (Фиг.1), на дифрактометре Bruker Advance D8 в СuКα-излучении при напряжении на трубке 40 кВ и токе 40 мА. Съемка производилась в интервале 2θ = 20°-80° с шагом 0.05°θ и экспозицией 1 секунда на точку. Анализ показал, что материал BaLa2InYO7 является однофазным и характеризуется тетрагональной симметрией.The BaLa 2 InYO 7 material was obtained by the solid phase synthesis method known from (Caldes M., Michel C., Rouillon T., Hervieu M., Raveau B. Novel indates Ln 2 BaIn 2 O 7 , n = 2 members of the Ruddlesden- Popper family (Ln = La, Nd) // Journal of Materials Chemistry, V. 12, P. 473-476, https://doi.org/10.1039/B108987K) [2]. Conducted X-ray phase analysis of samples of the obtained material composition BaLa 2 InYO 7 (Figure 1), on the diffractometer Bruker Advance D8 in СuКα radiation at a tube voltage of 40 kV and a current of 40 mA. The shooting was carried out in the interval 2θ = 20°-80° with a step of 0.05°θ and an exposure of 1 second per point. The analysis showed that the BaLa 2 InYO 7 material is single-phase and is characterized by tetragonal symmetry.
Методом импедансной спектроскопии на приборе Impendancemeter Elins Z-1000P определяли электропроводность полученного материала в температурном диапазоне от 300 °C до 900 °С, в частотном интервале 1 Гц÷1 МГц и в атмосферах воздуха (pO2 = 0.21 атм) и аргона (pO2 = 10-5 атм). Результаты измерения показаны на фиг. 2 и 3 в сухой (pH2O = 3.5⋅10−5 атм) и влажной (pH2O = 2⋅10−2 атм) атмосферах соответственно. Данные демонстрируют высокие значения электропроводности в исследуемом температурном интервале, которые для материала BaLa2InYO7 выше, чем для материала BaLa2In2O7. Impedance spectroscopy on an Impendancemeter Elins Z-1000P instrument was used to determine the electrical conductivity of the obtained material in the temperature range from 300°C to 900°C, in the frequency range of 1 Hz–1 MHz, and in air (pO 2 = 0.21 atm) and argon (pO 2 = 10 -5 atm). The measurement results are shown in FIG. 2 and 3 in dry (pH 2 O = 3.5⋅10 −5 atm) and humid (pH 2 O = 2⋅10 −2 atm) atmospheres, respectively. The data demonstrate high electrical conductivity values in the studied temperature range, which are higher for the BaLa 2 InYO 7 material than for the BaLa 2 In 2 O 7 material.
Значения протонной проводимости были получены, как разность значений электропроводности в атмосферах влажного и сухого аргона при одинаковой температуре. Температурные зависимости протонной проводимости материалов BaLa2InYO7 и BaLa2In2O7 представлены на фиг. 4, из которой видно, что при 400 °C величина протонной проводимости материала BaLa2InYO7 составляет 2.5∙10−6 Ом−1⋅см−1, а материала BaLa2In2O7 - 1.7⋅10−6 Ом−1⋅см−1.The proton conductivity values were obtained as the difference between the electrical conductivity values in wet and dry argon atmospheres at the same temperature. The temperature dependences of the proton conductivity of the BaLa 2 InYO 7 and BaLa 2 In 2 O 7 materials are shown in Figs. 4 , from which it can be seen that at 400 °C the value of the proton conductivity of the BaLa 2 InYO 7 material is 2.5∙10 −6 Ω −1 ⋅ cm ⋅cm −1 .
Таким образом, получен новый твердооксидный электролитный материал на основе индата бария-лантана с повышенной протонной проводимостью, который может быть использован в качестве электролита в твердооксидном топливном элементе.Thus, a new solid oxide electrolyte material based on barium-lanthanum indate with increased proton conductivity has been obtained, which can be used as an electrolyte in a solid oxide fuel cell.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2800973C1 true RU2800973C1 (en) | 2023-08-01 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2810737C1 (en) * | 2023-10-06 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) | SOLID OXIDE ELECTROLYTE MATERIAL WITH PROTON CONDUCTIVITY BASED ON LANTHANUM SCANDATE DOPED WITH Ba2+/Mg2+ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005166397A (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Oxygen ion conductor using stratiform cobalt oxide, and fuel cell using it |
| RU2276430C2 (en) * | 2001-06-12 | 2006-05-10 | Энергиеондерзоек Сентрум Недерланд | Mixed oxide active material, electrode, method for electrode manufacture, and electrochemical cell incorporating this electrode |
| WO2018230248A1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-12-20 | 住友電気工業株式会社 | Solid electrolyte member, solid oxide fuel cell, water electrolysis device, hydrogen pump, and method for producing solid electrolyte member |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2276430C2 (en) * | 2001-06-12 | 2006-05-10 | Энергиеондерзоек Сентрум Недерланд | Mixed oxide active material, electrode, method for electrode manufacture, and electrochemical cell incorporating this electrode |
| JP2005166397A (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Oxygen ion conductor using stratiform cobalt oxide, and fuel cell using it |
| WO2018230248A1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-12-20 | 住友電気工業株式会社 | Solid electrolyte member, solid oxide fuel cell, water electrolysis device, hydrogen pump, and method for producing solid electrolyte member |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Caldes M., Michel C., Rouillon T., Hervieu M., Raveau B. Novel indates Ln2BaIn2O7, n = 2 members of the Ruddlesden- Popper family (Ln = La, Nd) // Journal of Materials Chemistry. - V. 12., 2002 - P. 473-476. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2810980C1 (en) * | 2023-10-05 | 2024-01-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on lanthanum scandate doped with ba2+/ga3+ |
| RU2810737C1 (en) * | 2023-10-06 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) | SOLID OXIDE ELECTROLYTE MATERIAL WITH PROTON CONDUCTIVITY BASED ON LANTHANUM SCANDATE DOPED WITH Ba2+/Mg2+ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fabbri et al. | Tailoring the chemical stability of Ba (Ce0. 8− xZrx) Y0. 2O3− δ protonic conductors for intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) | |
| Iwahara et al. | Proton conduction in sintered oxides based on BaCeO3 | |
| Leonard et al. | Influence of dopant levels on the hydration properties of SZCY and BZCY proton conducting ceramics for hydrogen production | |
| Hakimova et al. | Effect of isovalent substitution of La3+ in Ca-doped LaNbO4 on the thermal and electrical properties | |
| RU2800973C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on yttrium-doped barium-lanthanum indate | |
| Han et al. | Nickel-based layered perovskite cathode materials for application in intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
| Tarasova et al. | The Effect of Donor Doping on the Ionic (О 2–, Н+) Transport in Novel Complex Oxides BaLaIn 1–x Nb x O 4+ x with the Ruddlesden–Popper Structure | |
| Miyazaki et al. | La0. 6Sr0. 4Co0. 2Fe0. 8O3− δ–Ba (Ce, Co, Y) O3− δ composite cathodes for proton-conducting ceramic fuel cells | |
| RU2807442C1 (en) | SOLID OXIDE ELECTROLYTE MATERIAL WITH PROTON CONDUCTIVITY BASED ON BARIUM-LANTHANUM INDATE BaLa2In2O7 DOPED WITH STRONTIUM AND CALCIUM | |
| RU2791726C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on neodymium barium indate | |
| RU2806785C1 (en) | SOLID OXIDE ELECTROLYTE MATERIAL WITH PROTON CONDUCTIVITY BASED ON BARIUM-LANTHANUM INDATE BaLa2In2O7 DOPED WITH STRONTIUM AND MAGNESIUM | |
| RU2794192C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on neodymium barium indate | |
| RU2788361C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on barium-lanthanum indate | |
| RU2781270C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity | |
| RU2825430C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on samarium-substituted barium-lanthanum indate | |
| RU2777335C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on barium-lanthanum indate | |
| RU2800229C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on praseodymium-substituted barium-lanthanum indate | |
| RU2789751C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on barium indate-lanthanum | |
| RU2801690C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on phosphorus-doped calcium zirconate | |
| RU2789752C1 (en) | Solid oxide electrolyte material with proton conductivity based on barium-lanthanum indate | |
| Liu et al. | Electrical conductivity and chemical stability of BaCe 0· 8− x A x Gd 0· 2 O 3− δ (A= In, Zr, Ta; x= 0, 0· 1) ceramics | |
| RU2810731C1 (en) | SOLID OXIDE ELECTROLYTE MATERIAL WITH PROTON CONDUCTIVITY BASED ON LANTHANUM SCANDATE DOPED WITH Ba2+/Y3+ | |
| Qiu et al. | Properties and application of ceramic BaCe0. 8Ho0. 2O3− α | |
| Qiu et al. | Ionic conduction and fuel cell performance of Ba0. 98Ce0. 8Tm0. 2O3− α ceramic | |
| Raza et al. | La0. 3Sr0. 2Mn0. 1Zn0. 4 oxide-Sm0. 2Ce0. 8O1. 9 (LSMZ-SDC) nanocomposite cathode for low temperature SOFCs |