Ярош Анна Олександрівна

студентка, магістр

ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»

Україна, місто Дніпро

 

Поплавська Вікторія Йосипівна

cтудентка, магістр

ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»

Україна, місто Дніпро

 

Пасенко Олександр Олександрович 

доцент, к.т.н

ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»

Україна, місто Дніпро

 

 

  Анотація : в роботі представлено метод синтезу катодних матеріалів для твердооксидних паливних комірок шляхом співосадження компонентів за допомогою оксалатної кислоти. Встановлено наявність індукційного ефекту осадження нікелю та запропоновано спосіб отримання якісних порошкових матеріалав.

  Ключові слова : нікелат лантану, катод паливних комірок, осадження, оксалати

 

  Запас енергоресурсів на нашій планеті зменшується шаленими темпами. Тому сучасна цивілізація рухається у напрямку створення технології отримання електроенергії з максимальним ККД та мінімальним навантаженням на навколишнє середовище. Одним із найперспективніших способів отримання електроенергії, у цьому плані, є використання твердооксидних паливних комірок (ТОПК).

  Паливна комірка – це гальванічна комірка, яка перетворює хімічну енергію палива та окислювальної речовини безпосередньо в електричну енергію та частково в теплову. Якщо порівнювати промислове виробництво електроенергії, в якому спочатку отримують теплову енергію, перетворюють її в механічну і лише потім, за допомогою генераторів, перетворюють в електроенергію, то паливна комірка дає змогу уникнути цих етапів, тобто є принципово ефективнішою.

  Важливим елементом паливної комірки є катод, оскільки він робить максимальний внесок в зменшення ефективності роботи всієї комірки. Мікроструктура катодних матеріалів, контрольована киснева нестехіометрія та дефектна структура напрямэ впливають на експлуатаційні характеристики катоду. Від методу отримання катодних матеріалів залежить ефективність та тривалість роботи паливної комірки.

  Одним з найбільш перспективних катодних матеріалів є порошки на основі нікелату лантану. Перспективним, з точки зору простоти реалізації та якості отриманих матеріалів є метод осадження [1]. Основні переваги якого – низька собівартість виробництва, можливість 

  Відомо, що осадження оксалату нікелю відбувається із значним індукційним ефектом. Для зменшення залишкової концентрації нікелю в маточному розчині запропоновано проводити осадження при нагріванні та в присутності аліфатичних спиртів.

 

Мал. 1 Зміна концентрації [Ni²⁺] в розчині від часу. Осадження водно-спиртовим розчином оксалатної кислоти та етилового (♦), ізопропілового (■) та бутилового (●) спирту.

  З отриманих даних можна зробити висновок, що використання ізопропілового спирту дозволить забезпечити мінімальну залишкову концентрацію нікелю в маточному розчині. 

  Попередніми дослідженнями встановили, що діапазон температур 40-60 °C є оптимальним для отримання нікелату лантану. Вплив температури та концентрації ізопропілового спирту на осадження оксалату нікелю мал.2.

 

Мал. 2 Зміна концентрації нікелю в осаді в залежності від температури та початкової концентрації нікелю:

   З отриманих даних можна зробити висновок, що ведення процесу при 40 °C забезпечує максимальне осадження оксалату нікелю.

  Опосередкованою характеристикою ефективності отриманого нікелату лантану у якості каталізатора є вміст Ni (ІІІ).

  Дослідження вмісту нікелю (ІІІ) в нікелаті лантану, отриманого шляхом прямого та зворотного осадження оксалатів, дає змогу отримувати нікелат лантану з різним вмістом нікелю (ІІІ). 

Таблиця № 1

 

  Рентгенофазне дослідження [3,4] показало, що порошкові матеріали нікелату лантану містять близько 90% LaNiO₃ та 10% La2NiO₄ (Мал. 3). Розмір кристалітів в отриманому нікелаті лантану складає 30 нм. 

 

Мал. 3 Дифрактограма порошку LaNiO3 отиманого із сумісно осаджених оксалатів лантану та нікелю.

  Таким чином, за допомогою рентгенофазних досліджень встановлено, що отримані зразки містять до 90% LaNiO₃ та мають нанодисперсний розмір (~30 нм), містять Ni(III) на рівні 50%, що дозволяє використовувати отримані матеріали для виготовлення катодів паливних комірок.

  Проведені дослідження показали, що використання суміші оксалатної кислоти з ізопропіловим спиртом дозволяє нівелювати індукційний період осадження нікелю. Рекомендовані умови осадження: 30% ізопропілового спирту при 60°C або 50% ізопропілового спирту при 40 °C. 

  

Література

1. Куліченко В. Одержання нікелатів лантану за методом сумісного осадження компонентів / Куліченко В. // Хімія. – 2013. – Т. 1 – № 49. – С. 55-58.

2. Wincewicz K.C. Taxonomies of SOFC material and manufacturing alternatives / Wincewicz K.C., Cooper J.S. // J. Power Sources. – 2005. – Vol. 140. – P 280-296

3. Миркин Л. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов / Л. И. Миркин. – М. : Физ.-мат. лит, 1961. – 864с.

4. Горелик С. С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев. – М. : МИСИС, 1994. – 328с.