The object of research, development or design (in Russian) : Материалы для твердооксидных топливных элементов

The object of research, development or design (in Kazakh) : Қатты оксидті отын элементтеріне арналған материалдар

Aim of work (in Russian) : Целью проекта является исследование материалов со смешанной (кислород-ионной и электронной) проводимостью и формирование на их основе беспористой структуры катод–электролит для создания ТОТЭ. Наиболее важной характеристикой катодного материала для создания беспористой структуры катод-электролит будет являться высокая каталитическая активность к реакции восстановления кислорода.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты аралас (оттегі-иондық және электрондық) өткізгіштігі бар материалдарды зерттеу және олардың негізінде ҚООЭ жасау үшін катод–электролиттің кеуексіз құрылымын қалыптастыру болып табылады. Кеуексіз катод-электролиттің құрылымын құру үшін катод материалының маңызды сипаттамасы оттегінің қалпына келу реакциясына жоғары каталитикалық белсенділігі болып табылады.

Методы исследования (на русском) : Удельную поверхность синтезированных порошков определяли низкотемпературной сорбцией паров азота методом BET на автоматическом анализаторе TriStar 3000. Морфологию полученных порошков исследовали методом электронной микроскопии с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEOL JEM 2100. Частицы порошка YSZ были получены методом лазерного испарения. Из исходных порошков были изготовлены дисковые образцы диаметром 15 мм для исследования структуры плотной керамики. Рентгенофазовый анализ порошков катодных материалов показал, что они в основном однофазны, однако наблюдаются следы (менее 2 %) неидентифицируемых вторичных фаз. Для модификации составов ТОТЭ было измерено линейное расширение катодных материалов. Определение коэффициента термического расширения (КТР) образцов проводили в воздушной атмосфере в диапазоне температур 201200 °С. Измерения были выполнены на дилатометре Dil 402C. Для измерения проводимости порошки катодных материалов были спрессованы в бруски прямоугольного сечения с характерными размерами (3×2×30мм). Плотность спеченных образцов определяли методом гидростатического взвешивания. Измерения проводимости проводили на воздухе 4-х зондовым методом на постоянном токе в диапазоне температур 20-950°С с помощью импедансметра Solartron Sl-1260/1287. Дисковые образцы несущего электролита YSZ были получены методом одноосного прессования с помощью пресса.

Методы исследования (на казахском) : Синтезделген ұнтақтардың меншікті беті TriStar 3000 автоматты анализаторында BET әдісімен азот буының төмен температуралы сорбциясы арқылы анықталды. Алынған ұнтақтардың морфологиясы JEOL JEM 2100 жарықтандырғыш электрондық микроскоптың көмегімен электрондық микроскопия әдісімен зерттелді. YSZ ұнтағының бөлшектері лазерлік булану әдісімен алынды. Қатты керамиканың құрылымын зерттеу үшін бастапқы ұнтақтардан диаметрі 15 мм дискілі үлгілер жасалды. Катодты материал ұнтақтарының рентгендік фазалық талдауы олардың негізінен бір фазалы екенін көрсетті, бірақ анықталмайтын фазалардың іздері (2% - дан аз) байқалады. ҚООЭ құрамдарын модификациялау үшін катодты материалдардың сызықтық ұлғаюы өлшенді. Үлгілердің термиялық ұлғаю коэффициентін (ТҰК) анықтау ауа атмосферасында 201200 °С температура диапазонында жүргізілді. Өлшеулер Dil 402C дилатометрінде жүргізілді. Өткізгіштігін өлшеу үшін катодты материалдардың ұнтақтары (3×2×30 мм) өлшемді сипаттамалары бар тікбұрышты қималы білеушелерге престелді. Пісірілген үлгілердің тығыздығы гидростатикалық өлшеу әдісімен анықталды. Өткізгіштікті өлшеу Solartron SL-1260/1287 импедансметрінің көмегімен 20-950°С температура диапазонында тұрақты токта 4 зонд әдісімен ауада жүргізілді. YSZ тасымалдаушы электролитінің дискілік үлгілері бір осьті престеу әдісімен престің көмегімен алынды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Порошок катодного материала La0.7Sr0.3MnO3 (LSM) был получен пиролизом полимерно-солевой композиции (поливинилового спирта и азотнокислых солей). Исходными реагентами служили La(NO3)3 (ч.д.а), Sr(NO3)2 (х.ч.) и Mn(NO3)2 (ч.д.а). Остальные катодные материалы были изготовлены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В основу процесса синтеза был положен вариант методики Печчини. В качестве реактивов были использованы Pr(NO3)3 (ч.д.а.), Fe(NO3)3 (ч.д.а.), Co(NO3)2 (х.ч.), La2O3 (х.ч.), NiO (ч.д.а) и SrCO3 (ч.д.а). Частицы порошка GDC ближе по форме к скругленным по ребрам кубам. При этом микроскопия подтверждает оценку среднего размера частиц порошков, сделанную на основе SBET: порядка 15 нм – для YSZ и 25 нм – для GDC. Порошки электролитных материалов YSZ и GDC однофазны и представляют собой твердые растворы с пространственной группой Fm-3m. Параметры кубических решеток a были равны 5.143 и 5.424 Å для YSZ и GDC, соответственно. Перовскитные катодные материалы на основе ферро-кобальтита празеодима после процедуры синтеза имели ромбическую структуру, а материалы на основе никелата лантана и никелат празеодима – характеризовались структурой типа K2NiF4.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : La0.7Sr0.3MnO3 (LSM) катодты материал ұнтағы полимер-тұз құрамының (поливинил спирті және азот қышқылы тұздары) пиролизінен алынған. Бастапқы реагенттер ретінде La(NO3)3 (а.ү.т.), Sr(NO3)2 (х.т.) және Mn(NO3)2 (а.ү.т.) қызмет етті. Қалған катодты материалдар өздігінен таралатын жоғары температуралы синтез (ӨтЖТС) әдісімен жасалды. Синтез процесінің негізі Печчини әдістемесінің нұсқасы болды. Реактивтер Pr(NO3)3 (а.ү.т.), Fe(NO3)3 (а.ү.т.), Co(NO3)2 (х.т.), La2O3 (х.т.), NiO (а.ү.т.) и SrCO3 (а.ү.т.) қолданылды. GDC ұнтағының бөлшектері пішіні бойынша текшенің шеттерінде дөңгелектенгенге жақын. Бұл ретте микроскопия SBET негізінде жасалған ұнтақ бөлшектерінің орташа өлшемін бағалауды растайды: шамамен 15 нм – YSZ үшін және 25 нм – GDC үшін. YSZ және GDC электролиттік материал ұнтақтары бір фазалы және Fm-3m кеңістіктік тобы бар қатты ерітінділер. а текше торларының параметрлері сәйкесінше YSZ және GDC үшін 5.143 және 5.424 Å болды. Синтез процедурасынан кейін празеодим ферро-кобальтит негізіндегі перовскитті катодты материалдар ромбтық құрылымға ие болды, ал лантан никелаты мен празеодим никелаты негізіндегі материалдар K2NiF4 типті құрылыммен сипатталды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Новые материалы и развитие перспективных наукоемких технологий

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жаңа материалдар және перспективалы ғылымды қажет ететін технологияларды дамыту

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Енгізілген жоқ

Efficiency (in Russian) : Все работы выполнены в соответствие с календарным планом

Efficiency (in Kazakh) : Барлық жұмыстар күнтізбелік жоспарға сәйкес орындалды

Field of application (in Russian) : высокотехнологические материалы и технологии их получения для электрохимических источников тока – твердооксидных топливных элементов

Field of application (in Kazakh) : жоғары технологиялық материалдар мен оларды алу технологияларына электрохимиялық ток көздері - қатты оксидті отын элементтері