Электрохимическая ячейка с твердо-расплавным электролитом Bi2O3–B2O3 и пористыми электродами Bi3Ru3O11–Bi2O3 для генерации кислорода
- Авторы: Дергачева П.Е.1, Федоров С.В.1, Белоусов В.В.1, Коновалов А.А.1, Артемов В.В.2
-
Учреждения:
- Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
- ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
- Выпуск: Том 59, № 6 (2023)
- Страницы: 360-366
- Раздел: Статьи
- URL: https://snv63.ru/0424-8570/article/view/671020
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023060038
- EDN: https://elibrary.ru/PXYIJO
- ID: 671020
Цитировать
Аннотация
Изготовлена симметричная электрохимическая ячейка “пористый электрод Bi3Ru3O11–35 мас. % Bi2O3|твердо-расплавный электролит Bi2O3–0.2 мас. % B2O3|пористый электрод Bi3Ru3O11–35 мас. % Bi2O3”. С помощью методов импедансной спектроскопии и кулоновольюмометрии измерены омическое и поляризационное сопротивления ячейки, фарадеевская эффективность и поток кислорода, которые при 740°C составили 0.046 и 0.077 Ом см2, 97% и 5 × 10–7 моль см–2 с–1 соответственно. Установлено влияние смачивания поверхности пористых электродов на поляризационное сопротивление. Отмечены перспективы использования электродного Bi3Ru3O11–35 мас. % Bi2O3 и электролитного Bi2O3–0.2 мас. % B2O3 материалов в электрохимических генераторах кислорода.
Ключевые слова
Об авторах
П. Е. Дергачева
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Email: pdergacheva@imet.ac.ru
Россия, Москва
С. В. Федоров
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Email: pdergacheva@imet.ac.ru
Россия, Москва
В. В. Белоусов
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Email: pdergacheva@imet.ac.ru
Россия, Москва
А. А. Коновалов
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Email: pdergacheva@imet.ac.ru
Россия, Москва
В. В. Артемов
ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: pdergacheva@imet.ac.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Akulinin, E., Golubyatnikov, O., Dvoretsky, D., and Dvoretsky, S., Optimization and analysis of pressure swing adsorption process for oxygen production from air under uncertainty, Chem. Ind. Chem. Eng. Q., 2020, vol. 26, no. 1, p. 89.
- Santos, J.C., Cruz, P., Regala, T., Magalhaes, F.D., and Mendes, A., High-purity oxygen production by pressure swing adsorption, Ind. Eng. Chem. Res., 2007, vol. 46, no. 2, p. 591.
- Allam, R. J., Improved oxygen production technologies, Energy Procedia, 2009, vol. 1, no. 1, p. 461.
- Wang, M., Nowicki, K.M., and Irvine, J.T.S., A Novel Solid Oxide Electrochemical Oxygen Pump for Oxygen Therapy, J. Electrochem. Soc., 2022, vol. 169, no. 6, p. 064509.
- Tsai, J.T., Wang, S.F., Hsu, Y.F., and Jasinski, P., Effects of La0.8Sr0.2MnO3 and Ag electrodes on bismuth-oxide-based low-temperature solid electrolyte oxygen generators, Ceram. Int., 2022, vol. 48, no. 1, p. 1132.
- Wang, S.F., Chen, Y.W., and Hsu, Y.F., Honeycomb oxygen-generator with doped bismuth-oxide-based electrolyte and Ag electrode, J. Electroceramics, 2020, vol. 44, no. 1, p. 104.
- Chen, Y.W., Liu, Y.-X., Wang, S.F., and Devasenathipathy, R., Characteristics of Honeycomb-Type Oxygen Generator with Electrolyte Based on Doped Bismuth Oxide, J. Electron. Mater., 2018, vol. 47, no. 7, p. 3639.
- Dyer, P.N., Richards, R.E., Russek, S.L., and Taylor, D.M., Ion transport membrane technology for oxygen separation and syngas production, Solid State Ion., 2000, vol. 134, no. 1-2, p. 21.
- Badwal, S.P.S. and Ciacchi, F.T., Ceramic membrane technologies for oxygen separation, Adv. Mater., 2001, vol. 13, no. 12–13, p. 993.
- Jiang, D., Bu, X., Sun, B., Lin, G., Zhao, H., Cai, Y., and Fang, L., Experimental study on ceramic membrane technology for onboard oxygen generation, Chinese J. Aeronaut., 2016, vol. 29, no. 4, p. 863.
- Meixner, D.L., Brengel, D.D., Henderson, B.T., Abrardo, J.M., Wilson, M.A., Taylor, D.M., and Cutler, R.A., Electrochemical oxygen separation using solid electrolyte ion transport membranes, J. Electrochem. Soc., 2002, vol. 149, no. 9, p. D132.
- Zhou, W., Shao, Z., Ran, R., Chen, Z., Zeng, P., Gu, H, Jin W., and Xu, N., High performance electrode for electrochemical oxygen generator cell based on solid electrolyte ion transport membrane, Electrochim. Acta, 2007, vol. 52, no. 22, p. 6297.
- Pham, A.Q. and Glass, R.S., Oxygen pumping characteristics of yttria-stabilized-zirconia, Electrochim. Acta, 1998, vol. 43, no. 18, p. 2699.
- Спирин, А.В., Никонов, А.В., Липилин, А.С., Паранин, С.Н., Иванов, В.В., Хрустов, В. Р., Валенцев, А.В., Крутиков, В.И. Электрохимический элемент с твердооксидным электролитом и кислородный насос на его основе. Электрохимия. 2011. Т. 47. С. 608. [Spirin, A.V. Nikonov, A.V., Lipilin, A.S., Paranin, S.N., Ivanov, V.V., Khrustov, V.R., Valentsev A.V., and Krutikov, V.I., Electrochemical cell with solid oxide electrolyte and oxygen pump thereof, Russ. J. Eleсtrochem., 2011, vol. 47, p. 569.]
- Yuan, D. and Kröger, F.A., Stabilized zirconia as an oxygen pump, J. Electrochem. Soc., 1969, vol. 116, no. 5, p. 594.
- Park, J.Y. and Wachsman, E.D., Lower temperature electrolytic reduction of CO2 to O2 and CO with high-conductivity solid oxide bilayer electrolytes, J. Electrochem. Soc., 2005, vol. 152, no. 8, p. A1654.
- Hong, T., Fang, S., Zhao, M., Chen, F., Zhang, H., Wang, S., and Brinkman, K.S., An intermediate-temperature oxygen transport membrane based on rare-earth doped Bismuth Oxide Dy0.08W0.04Bi0.88O2 – δ, J. Electrochem. Soc., 2017, vol. 164, no. 4, p. F347.
- Inaba, H. and Tagawa, H., Ceria-based solid electrolytes, Solid State Ion., 1996, vol. 83, nos. 1–2, p. 1.
- Sammes, N.M., Tompsett, G.A., Näfe, H., and Aldinger, F., Bismuth based oxide electrolytes–structure and ionic conductivity, J. Eur. Ceram. Soc., 1999, vol. 19, no. 10, p. 1801.
- Жук, П.П., Вечер, А.А., Самохвал, В.В. Кислородные проводники на основе оксида висмута. Вестник БГУ. Сер. 2. 1984. № 1. С. 8. [Zhuk, P.P., Vecher, A.A., and Samokhval, V.V., Oxygen conductors based on bismuth oxide, Vestnik BGU. Ser. 2 (in Russian), 1984, no. 1, p. 8.]
- Belousov, V.V. and Fedorov, S.V., A highly conductive electrolyte for molten oxide fuel cells, Chem. Commun., 2017, vol. 53, no. 3, p. 565.
- Levin, E.M. and McDaniel, C.L., The System Bi2O3–B2O3, J. Amer. Ceram. Soc., 1962, vol. 45, no. 8, p. 355.
- Esposito, V., Luong, B.H., Di Bartolomeo, E., Wachsman, E.D., and Traversa, E., Applicability of Bi2Ru2O7 pyrochlore electrodes for ESB and BIMEVOX electrolytes, J. Electrochem. Soc., 2006, vol. 153, no. 12, p. A2232.
- Jaiswal, A., Hu, C.T., and Wachsman, E.D., Bismuth ruthenate-stabilized bismuth oxide composite cathodes for IT-SOFC, J. Electrochem. Soc., 2007, vol. 154, no. 10, p. B1088.
Дополнительные файлы
