Изучение кислородного транспорта микротрубчатых мембран состава La0.5Sr0.5Fe1 – xNbxO3 – δ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Перовскитоподобные оксиды на основе ферритов лантана-стронция считаются перспективными электродными материалами для использования в различных типах топливных элементов, а стратегия модификации данных материалов частичным замещением железа высокозарядными сегнетоактивными катионами зарекомендовала себя как эффективный способ повышения их химической устойчивости. В настоящей работе впервые приведены результаты исследования газовой проницаемости микротрубчатых кислородных мембран на основе оксида La0.5Sr0.5Fe1 – xNbxO3 – δ. Найдена энергия активации объемной диффузии в решетке оксида (20 ± 4 кДж/моль).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Ковалев

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kovalev.ivan.vyacheslavovich@gmail.com
Россия, Новосибирск

Р. Д. Гуськов

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: kovalev.ivan.vyacheslavovich@gmail.com
Россия, Новосибирск

В. П. Сивцев

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: kovalev.ivan.vyacheslavovich@gmail.com
Россия, Новосибирск

М. И. Гонгола

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: kovalev.ivan.vyacheslavovich@gmail.com
Россия, Новосибирск; Новосибирск

М. П. Попов

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: kovalev.ivan.vyacheslavovich@gmail.com
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Simner, S.P., Bonnett, J.F., Canfield, N.L., Meinhardt, K.D., Shelton, J.P., Sprenkle, V.L., and Stevenson, J.W., Development of lanthanum ferrite SOFC cathodes, J. Power Sources, 2003, vol. 113, no. 1, p. 1.
  2. Simner, S.P., Bonnett, J.F., Canfield, N.L., Meinhardt, K.D., Sprenkle, V.L., & Stevenson, J.W., Optimized lanthanum ferrite-based cathodes for anode-supported SOFCs, Electrochem. and Solid-State Letters, 2002, vol. 5, no. 7, p. A173.
  3. Plonczak, P., Gazda, M., Kusz, B., & Jasinski, P., Fabrication of solid oxide fuel cell supported on specially performed ferrite-based perovskite cathode, J. Power Sources, 2008, vol. 181, no. 1, p. 1.
  4. ten Elshof, J.E., Bouwmeester, H.J., & Verweij, H., Oxygen transport through La1 – xSrxFeO3 – δ membranes. I. Permeation in air/He gradients, Solid State Ionics, 1995, vol. 81, no. 1–2, p. 97.
  5. ten Elshof, J.E., Bouwmeester, H.J., & Verweij, H., Oxygen transport through La1 – xSrxFeO3 – δ membranes II. Permeation in air/CO, CO2 gradients, Solid State Ionics, 1996, vol. 89, no. 1–2, p. 81.
  6. Murade, P.A., Sangawar, V.S., Chaudhari, G.N., Kapse, V.D., & Bajpeyee, A.U., Acetone gas-sensing performance of Sr-doped nanostructured LaFeO3 semiconductor prepared by citrate solgel route, Curr. Appl. Phys., 2011, vol. 11, no. 3, p. 451.
  7. Backhaus-Ricoult, M., Adib, K., Work, K., Badding, M., Ketcham, T., Amati, M., & Gregoratti, L., In-situ scanning photoelectron microscopy study of operating (La, Sr) FeO3-based NOx-sensing surfaces, Solid State Ionics, 2012, vol. 225, p. 716.
  8. Nalbandian, L., Evdou, A., & Zaspalis, V., La1 – xSrxMO3 (M = Mn, Fe) perovskites as materials for thermochemical hydrogen production in conventional and membrane reactors, Intern. J. Hydrogen Energy, 2009, vol. 34, no. 17, p. 7162.
  9. Tan, X., Shi, L., Hao, G., Meng, B., & Liu, S., La0.7Sr0.3FeO3 – α perovskite hollow fiber membranes for oxygen permeation and methane conversion, Separation and Purification Technol., 2012, vol. 96, p. 89.
  10. Patrakeev, M.V., Bahteeva, J.A., Mitberg, E.B., Leonidov, I.A., Kozhevnikov, V.L., & Poeppelmeier, K.R., Electron/hole and ion transport in La1 – xSrxFeO3 – δ, J. Solid State Chem., 2003, vol. 172.
  11. Hou, Y., Wang, L., Bian, L., Zhang, Q., Chen, L., & Chou, K.C., Effect of high-valence elements doping at B site of La0.5Sr0.5FeO3 – δ, Ceram. International, 2022, vol. 48, no. 3, p. 4223.
  12. Bayraktar, D., Diethelm, S., Graule, T., & Holtappels, P., Properties of B-site substituted La0.5Sr0.5FeO3 – δ perovskites for application in oxygen separation membranes, J. Electroceram., 2009, vol. 22, no. 1–3, Special Issue, p. 55.
  13. Ecker, S.I., Dornseiffer, J., Werner, J., Schlenz, H., Sohn, Y.J., Sauerwein, F.S., Baumann, S., Bouwmeester, H.J.M., Guillon, O., Weirich, T.E., and Meulenberg, W.A., Novel low-temperature lean NOx storage materials based on La0.5Sr0.5Fe1 – xMxO3 – δ/Al2O3 infiltration composites (M = Ti, Zr, Nb), Appl. catalysis B: environmental, 2021, vol. 286, p. 119919.
  14. Bian, L., Duan, C., Wang, L., Zhu, L., O’Hayre, R., & Chou, K.C., Electrochemical performance and stability of La0.5Sr0.5Fe0.9Nb0.1O3 – δ symmetric electrode for solid oxide fuel cells, J. Power Sources, 2018, vol. 399, p. 398.
  15. Wang, S., Wei, B., & Lü, Z., Electrochemical performance and distribution of relaxation times analysis of tungsten stabilized La0.5Sr0.5Fe0.9W0.1O3 – δ electrode for symmetric solid oxide fuel cells, Intern. J. Hydrogen Energy, 2021, vol. 46, no. 58, p. 30101.
  16. Chen, X., Hao, S., Lu, T., Li, M., Han, L., Dong, P., Xiao, J., Zeng, X., and Zhang, Y., A vanadium-doped La0.5Sr0.5FeO3 – δ perovskite as a promising anode of direct carbon solid oxide fuel cells for brown coal utilization, J. Alloys and Compounds, 2022, vol. 928, p. 167212.
  17. Liu, F., Zhang, L., Huang, G., Niu, B., Li, X., Wang, L., Zhao, J., and Jin, Y., High performance ferritebased anode La0.5Sr0.5Fe0.9Mo0.1O3 – δ for intermediatetemperature solid oxide fuel cell, Electrochim. Acta, 2017, vol. 255, p. 118.
  18. Chizhik, S.A., Popov, M.P., Kovalev, I.V., Bychkov, S.F., and Nemudry, A.P., Comparison of stationary and transient kinetic methods in determining the rate of surface exchange reaction between molecular oxygen and MIEC perovskite, Chem. Engineering J., 2022, vol. 450, p. 137970.
  19. Dann, S.E., Currie, D.B., Weller, M.T., Thomas, M.F., and Al-Rawwas, A.D., The effect of oxygen stoichiometry on phase relations and structure in the system La1 – xSrxFeO3 – δ (0≤ x≤ 1, 0≤ δ≤ 0.5), J. Solid State Chem., 1994, vol. 109, no. 1, p. 134.
  20. Shubnikova, E.V., Popov, M.P., Bychkov, S.F., Chizhik, S.A., and Nemudry, A.P., The modeling of oxygen transport in MIEC oxide hollow fiber membranes, Chem. Engineering J., 2019, vol. 372, p. 251.
  21. Bouwmeester, H.J. and Gellings, P.J., The CRC handbook of solid state electrochemistry, CRC Press, 1997, p. 481–553.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сравнение экспериментальной и расчетной дифрактограмм.

Скачать (64KB)
Метаданные
3. Рис. 2. СЭМ-мембраны LSFN10 в поперечном сечении (а) и на поверхности (б).

Скачать (95KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты энергодисперсионного анализа поверхности образца LSFN10: (а) основная фаза, (б) побочная фаза.

Скачать (100KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость удельного кислородного потока (JO2) от давления питающего газа (p1) для мембран состава LSFN10.

Скачать (52KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Аррениусовская зависимость кислородного обмена для мембран состава LSFN10.

Скачать (40KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024