Cd|KOH|NiOOH

Zn|NH4CI|MnO2

Li|LiClO4|MnO2

Pb|H2SO4|PbO2

H2|KOH|O2

Твёрдооксидные топливные элементы с плёночным электролитом: проблемы и перспективы

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

УДК 539.23 + 544.6.018

DOI:  https://doi.org/10.18500/1608-4039-2016-16-4-196-206

В статье рассмотрены наиболее распространённые методы получения плёночных твёрдооксидных электролитов, применяемые в настоящее время, а также проблемы и перспективы развития твёрдооксидных топливных элементов с плёночным электролитом.

Авторы: 
Дунюшкина Лилия Адибовна, Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, 620990, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20, lidung@list.ru
Ключевые слова: 
плёночный твёрдооксидный электролит, твёрдооксидный топливный элемент, методы получения плёнок, несущий электрод
Литература
  1. Kariya T., Uchiyama K., Tanaka H., Hirono T., Kuse T., Yanagimoto K., Henmi M., Hirose M., Kimura I., Suu K., Funakubo H. Intermediate-temperature operation of solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) with thin film proton conductive electrolyte // J. Physics : Conference Series. 2015. Vol. 660. P. 012057. DOI: 10.1088/1742-6596/660/1/ 012057.
  2. Ko C., Kerman K., Ramanathan S. Ultra-thin film solid oxide fuel cells utilizing un-doped nanostructured zirconia Electrolytes // J. Power Sources. 2012. Vol. 213. P. 343–349. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.04.034.
  3. Soloviev A. A., Sochugov N. S., Shipilova A. V., Efimova K. B., Tumashevskaya A. E. Mid-Temperature Solid Oxide Fuel Cells with Thin Film ZrO2 : Y2O3 Electrolyte // Russian J. Electrochem. 2011. Vol. 47, № 4. P. 494–500.
  4. Sochugov N. S., Soloviev A. A., Shipilova A. V., Rotshtein V. P. An ion-plasma technique for formation of anode-supported thin electrolyte films for IT-SOFC applications // Intern. J. Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36. P. 5550–5556. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.01.159.
  5. Solovyev A. A., Shipilova A. V., Ionov I. V., Kovalchuk A. N., Rabotkin S. V., Oskirko V. O. Mag- netron-Sputtered YSZ and CGO Electrolytes for SOFC // J. Electronic Materials. 2016. Vol. 45. P. 3921–3928. DOI: 10.1007/s11664-016-4462-0.
  6. Putkonen M., Sajavaara T., Niinisto J., Johansson L.-S., Niinisto L. Deposition of yttria-stabilized zirconia thin films by atomic layer epitaxy from β-diketonate and organometallic precursors // J. Mater. Chem. 2002. Vol. 12. P. 442–448. DOI: 10.1039/B107799F.
  7. Shim J. H., Chao C., Huang H., Prinz F. B. Atomic Layer Deposition of Yttria stabilized Zirconia for Solid Oxide Fuel Cells // Chem. Mater. 2007. Vol. 19. P. 3850–3854. DOI: 10.1021/cm070913t.
  8. Su P. C., Chao C. C., Shim J. H., Fasching R., Prinz F. B. Solid Oxide Fuel Cell with Corrugated Thin Film Electrolyte // Nano Lett. 2008. Vol. 8. P. 2289–2292. DOI: 10.1021/nl800977z.
  9. Elam J. W., Dasgupta N. P., Prinz F. B. ALD for clean energy conversion, utilization, and storage // MRS Bulletin. 2011. Vol. 36. P. 899–906. DOI: 10.1557/mrs.2011.265.
  10. Ha S., Su P.-C., Cha S.-W. Combinatorial deposition of a dense nano-thin film YSZ electrolyte for low temperature solid oxide fuel cells // J. Mater. Chem. A. 2013. Vol. 1. P. 9645–9649. DOI: 10.1039/C3TA11758H.
  11. Gelfond N. V., Morozova N. B., Igumenova I. K. Application of Zr(IV) and Y(III) beta-diketonate derivatives in MOCVD of YSZ film electrolyte for SOFC // Advances in Coordination, Bioinorganic and Inorganic Chemistry. Bratislava : Slovak Technical University Press, 2005. P. 156–159.
  12. Предтеченский М. Р., Бобрёнок О. Ф., Гельфонд Н. В. ТОТЭ с тонкоплёночным электролитом // Тезисы XIII Российской конференции по физической химии и электрохимии расплавленных и твёрдых электролитов. Екатеринбург, 2004. C. 54.
  13. Gelfond N. V., Bobrenok O. F., Predtechensky M. R., Morozova N. B., Zherikova K. V., Igumenov I. K. Chemical Vapor Deposition of Electrolyte Thin Films Based on Yttria-Stabilized Zirconia // Inorganic Materials. 2009. Vol. 45. P. 659–665.
  14. Beresnev S. M., Bobrenok O. F., Kuzin B. L., Bogdanovich N. M., Kurteeva A. A., Osinkin D. A., Vdovin G. K., Bronin D. I. Single Fuel Cell with Supported LSM Cathode // Russian J. Electrochemistry. 2012. Vol. 48, № 10. P. 969–975.
  15. Кузьмин А. В., Строева А. Ю., Горелов В. П. Протонпроводящие оксиды на основе LaScO3 в тонкоплёночном и керамическом состоянии // Физико-химические проблемы возобновляемой энергетики : сб. тр. рос. конф. СПб., 2013. C. 31–32.
  16. Dunyushkina L. A., Smirnov S. V., Plaksin S. V., Kuimov V. M., Gorelov V. P. The Across-Plane Conductivity and Microstructure of SrZr0.95Y0.05O3−δ Thin Films // Ionics. 2013. Vol. 19. P. 1715–1722. DOI: 10.1007/s11581-013-0910-5.
  17. Dunyushkina L. A., Smirnov S. V., Kuimov V. M., Gorelov V. P. Electrical Conductivity of CaZr0.9Y0.1O3−δ Films Deposited from Liquid Solutions // Intern. J. of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. P. 18385–18391. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.09.008.
  18. Дунюшкина Л. А. Введение в методы получения плёночных электролитов для твердооксидных топливных элементов. Екатеринбург : Изд.-полигр. центр УрФУ, 2015. 126 с.
  19. Dunyushkina L. A., Pankratov A. A., Gorelov V. P., Brouzgou A., Tsiakaras P. Deposition and Character- ization of Y-doped CaZrO3 Electrolyte Film on a Porous SrTi0.8Fe0.2O3−δ Substrate // Electrochimica Acta. 2016. Vol. 202. P. 39–46. DOI: 10.1016/j.electacta.2016.03.120.
  20. Dunyushkina L. A., Kuimov V. M., Pankratov A. A., Reznitskih, O. G. Khaliullina A. S. Synthesis, Mi- crostructure, and Electric Properties of CaZr0.9Y0.1O3−δ Films Obtained on Porous SrTi0.8Fe0.2O3−δ Substrates // Rus. J. Electrochemistry. 2016. Vol. 52, № 11. P. 1057–1063.
  21. Ishihara T., Sato K., Takita Y. Electrophoretic Deposition of Y2O3-Stabilized ZrO2 Electrolуte Films in Solid Oxide Fuel Cells // J. Amer. Ceram. Soc. 1996. Vol. 79, № 4. P. 913–919. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1996.tb08525.x.
  22. Sarkar P., Huang X., Nicholson P. S. Zirconia-Alumina Functionally-Gradiented Composites by Elec- trophoretic Deposition Techniques // J. Amer. Ceram. Soc. 1993. Vol. 76, № 4. P. 1055–1056. DOI: 10.1111/ j.1151-2916.1993.tb05335.x.
  23. Meepho M., Wattanasiriwech D., Wattanasiriwech S., Aungkavattana P. Preparation of NiO-YSZ Substrate for Electrophoretic Deposition of thin YSZ Film // Energy Procedia. 2013. Vol. 34. P. 714–720. DOI: 10.1016/ j.egypro.2013.06.804.
  24. Сафронов А. П., Калинина Е. Г., Котов Ю. А., Мурзакаев А. М., Тимошенкова О. Р. Электрофоретическое осаждение нанопорошков на пористой поверхности // Российские нанотехнологии. 2006. Т. 1, № 1–2. С. 162– 169.
  25. Калинина Е. Г. Физико-химические закономерности электрофоретического осаждения тонкоплёночного твёрдого электролита на основе ZrO2 : дис. … канд. хим. наук. Екатеринбург, 2010. 152 с.
  26. Zou Y., Zhou W., Sunarso J., Liang F., Shao Z. Electrophoretic deposition of YSZ thin-film electrolyte for SOFCs utilizing electrostatic-steric stabilized suspensions obtained via high energy ball milling. Intern // J. Hy- drogen Energy. 2011. Vol. 36. P. 9195–9204. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.187.
  27. Courtin E., Boy P., Piquero T., Vulliet J., Poirot N., Laberty-Robert C. A composite sol-gel process to prepare a YSZ electrolyte for Solid Oxide Fuel Cells // J. Power Sources. 2012. Vol. 206. P. 77–83. DOI: 10.1016/ j.jpowsour.2012.01.109.
Журнал: 
2016. Т. 16, № 4, 
Рубрика: 
Топливные элементы
Текст в формате PDF:
скачать
(downloads: 618)
Файл статьи: 
скачать