Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення
Проаналізовано роль структурних перетворень у нікелевій фазі під час дії відновлювального та окиснювального високотемпературних (600°С) газових середовищ у формуванні рівнів міцності та електропровідності NiO-вмісних матеріалів для анодів-підкладок керамічних паливних комірок. Внаслідок циклічної ві...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134152 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення / В.Я Подгурська, Б.Д. Василів, О.П. Осташ, О.Д. Васильєв, Є.М. Бродніковський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 87-92. — Бібліогр.: 20 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859656066520842240 |
|---|---|
| author | Подгурська, В.Я. Василів, Б.Д. Осташ, О.П. Васильєв, О.Д. Бродніковський, Є.М. |
| author_facet | Подгурська, В.Я. Василів, Б.Д. Осташ, О.П. Васильєв, О.Д. Бродніковський, Є.М. |
| citation_txt | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення / В.Я Подгурська, Б.Д. Василів, О.П. Осташ, О.Д. Васильєв, Є.М. Бродніковський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 87-92. — Бібліогр.: 20 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| description | Проаналізовано роль структурних перетворень у нікелевій фазі під час дії відновлювального та окиснювального високотемпературних (600°С) газових середовищ у формуванні рівнів міцності та електропровідності NiO-вмісних матеріалів для анодів-підкладок керамічних паливних комірок. Внаслідок циклічної відновлювальноокиснювальної обробки (redox-циклування) оксиду NiO, яка охоплює нагрівання до фіксованої температури (600°С) у вакуумі, відновлення у газовій суміші Ar–5 vol.% Н2 вже нагрітого матеріалу, дегазацію та окиснення в повітрі за цієї ж температури, сформовано структуру, що забезпечує поліпшені фізико-механічні характеристики композитів YSZ–Ni і ScCeSZ–Ni.
Проанализирована роль структурных преобразований в никелевой фазе при воздействии восстановительной и окислительной высокотемпературных (600°С) газовых сред в формировании уровней прочности и электропроводности NiO-содержащих материалов для анодов-подложек керамичесних топливных ячеек. Вследствие циклической восстановительно-окислительной обработки (redox-циклирования) оксида NiO, включающей нагрев до фиксированной температуры (600°С) в вакууме, восстановление в газовой смеси Ar–5 vol.% Н2 уже нагретого материала, дегазацию и окисление в воздухе при этой же температуре, сформирована структура, повышающая прочность и электропроводность композитов YSZ–Ni и ScCeSZ–Ni.
The role of structural transformations of nickel phase during action of reducing and oxidizing high temperature (600°С) gas environments in formation of the levels of strength and electrical conductivity of NiO-containing anode substrates for solid oxide fuel cells was analyzed. Using the cyclic redox treatment of NiO oxide that comprises the stages of heating in vacuum to the fixed temperature (600°С), reduction of already heated material in Ar– 5 vol.% Н2 gas mixture, degassing and oxidation in air at the same temperature, the structure providing the improved strength and electrical conductivity of YSZ–Ni and ScCeSZ–Ni composites was formed.
|
| first_indexed | 2025-11-30T09:11:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
87
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2013. – ¹ 6. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 666.3: 539.4.015
СТРУКТУРНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ В NiO-ВМІСНОМУ АНОДІ
КЕРАМІЧНИХ ПАЛИВНИХ КОМІРОК
ПІД ЧАС ЙОГО ВІДНОВЛЕННЯ ТА ОКИСНЕННЯ
В. Я. ПОДГУРСЬКА 1, Б. Д. ВАСИЛІВ 1, О. П. ОСТАШ 1,
О. Д. ВАСИЛЬЄВ 2, Є. М. БРОДНІКОВСЬКИЙ 2
1 Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів;
2 Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ
Проаналізовано роль структурних перетворень у нікелевій фазі під час дії відновлю-
вального та окиснювального високотемпературних (600°С) газових середовищ у
формуванні рівнів міцності та електропровідності NiO-вмісних матеріалів для ано-
дів-підкладок керамічних паливних комірок. Внаслідок циклічної відновлювально-
окиснювальної обробки (redox-циклування) оксиду NiO, яка охоплює нагрівання до
фіксованої температури (600°С) у вакуумі, відновлення у газовій суміші Ar–5 vol.% Н2
вже нагрітого матеріалу, дегазацію та окиснення в повітрі за цієї ж температури,
сформовано структуру, що забезпечує поліпшені фізико-механічні характеристики
композитів YSZ–Ni і ScCeSZ–Ni.
Ключові слова: керамічна паливна комірка, анод-підкладка, NiO-вмісна кераміка,
відновлювально-окиснювальна обробка, електропровідність, міцність.
Основними напрямками вдосконалення існуючих моделей керамічних (твер-
дооксидних) паливних комірок (КПК) є створення стійких до деградації в техно-
логічному середовищі структур анода, катода й електроліту та оптимізація будо-
ви КПК як шаруватого макрокомпозита [1–3]. Одним із дієвих способів поліп-
шення механічної та електрохімічної тривкості NiO-вмісних анодів-підкладок
КПК є циклічна відновлювально-окиснювальна обробка (redox-циклування) за
певними оптимізованими режимами [4–8]. Однак механізми формування найпо-
ширеніших NiO-вмісних анодних структур, зокрема композитів систем YSZ–NiO
і 10Sc1CeSZ–NiO, під час такої обробки вивчено ще недостатньо. Щоб їх зрозу-
міти, доцільно зосередити увагу на особливостях структурних перетворень у ні-
келевій фазі під час дії відновлювального та окиснювального високотемператур-
них газових середовищ, досліджуючи виготовлені з оксиду нікелю модельні зраз-
ки, оскільки керамічний каркас композитів YSZ чи ScCeSZ (стабілізований ітрієм
чи скандієм і церієм оксид цирконію) за цих умов не зазнає суттєвих структурних
перетворень [9].
Мета дослідження – проаналізувати роль структурних перетворень у нікеле-
вій фазі під час дії відновлювального та окиснювального високотемпературних
(600°С) газових середовищ у формуванні рівнів міцності та електропровідності
NiO-вмісних матеріалів для анодів-підкладок КПК.
Матеріали і методика випробувань. Вивчали зразки, спечені з чистого по-
рошку NiO в Інституті проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН Ук-
раїни [10]. Методика виготовлення дискових зразків NiO полягала у розмелі в ба-
рабанному млині виготовленого на Донецькому заводі хімічних реактивів порош-
ку NiO упродовж 24 h, висушуванні його, пресуванні під тиском 20 MPa і спіканні
Контактна особа: О. П. ОСТАШ, e-mail: ostash@ipm.lviv.ua
88
у повітрі за температури 1400°С упродовж 2 h. Поруватість спечених зразків, ви-
міряна гідростатичним методом, становила 41…42%.
Серії дискових зразків (рис. 1) роз-
міром t×D = 1,8…2,0×27 mm обробляли
у герметичній камері за певними режи-
мами (вакуум, повітря, водень, суміш
аргон–водень; температура 20…600°С,
тиск 0,15 MPa). Однократно відновлю-
вали кераміку (варіанти № 2 i 3 у таб-
лиці) у модельному (99,99 vol.% Н2) та
технологічному (Ar–5 vol.% Н2) водне-
вих середовищах шляхом нагрівання у
вакуумі від 20 до 600°С, витримки у
водневовмісному середовищі впродовж
4 h при 600°С і охолодження в аргоні
до 20°С. Redox-обробку (варіанти № 4 i
5) здійснювали впродовж трьох і п’яти
циклів у водневовмісному середовищі
та повітрі за такою схемою: нагрівання
у вакуумі від 20 до 600°С; відновлення
у водневовмісному середовищі впродовж 1 h при 600°С; вакуумування; окиснен-
ня в повітрі впродовж 1 h при 600°С; охолодження в повітрі до 20°С. Нагрівали
та охолоджували зі швидкістю 20°С/min. Після redox-циклування матеріал нагрі-
вали у вакуумі до 600°С, відновлювали у водневовмісному середовищі впродовж
1 h при 600°С та охолоджували в аргоні до 20°С.
Вплив режимів обробки матеріалу на його фізико-механічні властивості
Середнє значення характеристик
σf / σf 0 E / E0
№
в
ар
іа
нт
а
Стан матеріалу σf ,
MPa
%
κ,
S/m
1 Вихідний 13,3 100 100 – *)
2 Відновлений у чистому водні
(99,99 vol.% Н2)
18,8 141 53 2,7·106
3
Відновлений у суміші
Ar–5 vol.% Н2
15,9 120 90 3,3·105
4 Відновлений після трьох redox-
циклів у суміші Ar–5 vol.% Н2
21,4 161 104 2,1·105
5 Відновлений після п’яти redox-
циклів у суміші Ar–5 vol.% Н2
25,7 193 108 1,9·105
*) Електропровідність відсутня.
Механічні властивості матеріалу досліджували у повітрі при 20°С за біаксіаль-
ного згину дискових зразків за схемою “кільце–кільце” (рис. 1). Руйнівні напружен-
ня визначали за діаграмами “навантаження–прогин” при P = Pmax [11] для матеріа-
лу у вихідному стані (σf 0) та після обробки (σf), використовуючи формулу [12, 13]
2 2
max
2 2
3
(1 ) (1 ) ln
2 2
S L S
f
L
P D D D
Dt D
⎡ ⎤−
σ = − ν ⋅ + + ν ⋅⎢ ⎥
π ⋅ ⋅⎢ ⎥⎣ ⎦
,
де Pmax – навантаження, N; t – товщина зразка, mm; D – його діаметр, mm; DS та
Рис. 1. Геометрія зразка і схема
його навантаження “кільце–кільце”
за біаксіального згину.
Fig. 1. The specimen geometry and “ring-
on-ring” biaxial bend loading scheme.
89
DL – діаметри підтримувального та навантажувального кілець, mm; ν – коефіцієнт
Пуассона.
Відносну жорсткість E/E0, де E –
модуль Юнґа, визначали за відношен-
ням тангенсів кутів нахилу лінійних
ділянок відповідних діаграм “напру-
ження–прогин” для матеріалу після
обробки та у вихідному стані (рис. 2).
Питому електропровідність κ =
= 1/ρ, де ρ – питомий електроопір,
встановлювали у повітрі при 20°С за
чотириточковою схемою, яка полягала
у вимірюванні за заданої сили по-
стійного струму падіння потенціалу
між заданими точками зразка у двох
взаємно перпендикулярних напрямках
[14]. Для мікроструктурного та кіль-
кісного електронно-спектрального
аналізу розподілу елементів застосо-
вували сканівний електронний мікро-
скоп Carl Zeiss EVO-40XVP зі систе-
мою мікроаналізу INCA Energy 350.
Результати та їх обговорення. Відновлюючи у водні впродовж 4 h вже на-
грітий до 600°C у вакуумі оксид NiO, а далі охолоджуючи його в аргоні (варіант
№ 2 у таблиці), уникнули впливу водневовмісного середовища у температурному
діапазоні 20…600°C. Вихідний матеріал відновився до металевого нікелю (рис. 3a).
Губчаста структура гексагональних часток (рис. 3d) зі згладженими порівняно з
вихідним матеріалом ребрами (рис. 3g) свідчить про інтенсивний перебіг процесу
відновлення за вибраних умов, що проявляється у виникненні численних мікро-
пор на частках і зменшенні розмірів самих часток та, відповідно, поверхні їх кон-
такту. При цьому зросла міжчасточкова поруватість, яка, однак, не призводить до
втрати цілісності матеріалу. Його міцність, судячи з міжзеренного механізму
руйнування (рис. 3d), залежить від якості міжчасточкових контактів. Вона зро-
стає до 141% за одночасного зниження жорсткості до 53% від рівня вихідного
стану (точка A на рис. 4). Питома електропровідність відновленого матеріалу
κ = 2,7⋅106 S/m у 5 разів нижча, ніж чистого нікелю [15]. Така різниця зумовлена
структурною гетерогенністю, зокрема, поруватістю і якістю міжчасточкових кон-
тактів. Як для матеріалу анода КПК це значення досить високе, оскільки його
електропровідність, наприклад YSZ–Ni, становить (1…9)⋅105 S/m [6, 15].
Після аналогічної обробки в технологічній газовій суміші Ar–5 vol.% Н2 (ва-
ріант № 3 у таблиці) вихідний матеріал відновився лише частково: спостерігаємо
тонкі облямівки металевого нікелю навколо невідновлених часток NiO (рис. 3b).
Структура нікелевої фази (рис. 3e) має чіткі незгладжені ребра гексагональних
часток, як і у вихідному матеріалі (рис. 3g), однак вони закінчуються видовжени-
ми гребенями пластичного руйнування облямівок відновленого нікелю. На відмі-
ну від обробки у чистому водні, тут не зафіксовано суттєвих об’ємних змін, а по-
одинокі мікропори трапляються не по тілу часток оксиду, а тільки в місцях їх
контакту. Відносна зміна міцності (120%) і жорсткості (90%) в сукупності з між-
зеренним механізмом руйнування з елементами пластичного витягування ніке-
левих облямівок добре вписуються у тенденцію зміни механічних властивостей
за однократного відновлення (рис. 4, ділянка 1). Питома електропровідність від-
новленого за цим режимом матеріалу (κ = 3,3⋅105 S/m) сумірна з її значенням для
Рис. 2. Діаграми руйнування матеріалу
за варіантами № 1–5 згідно з таблицею.
Fig. 2. The stress-flexure diagrams
for the material of variants № 1–5 (see Table).
90
композита YSZ–Ni (див. вище), де вона також обумовлена наскрізно проникаль-
ною мережею з’єднаних між собою облямівок відновленого нікелю.
Рис. 3. Мікроструктура (а–c) і мікрофрактограми
(d–g) для матеріалу варіантів (див. таблицю)
№ 2 (а, d); 3 (b, e); 5 (c, f) і 1 (g).
Fig. 3. SEM microstructures (а–c) and micro-
fractographs (d–g) for the material of variants
(see Table) № 2 (а, d); 3 (b, e); 5 (c, f) and 1 (g).
Розвинута технологія високотемпературної циклічної відновлювально-окис-
нювальної обробки (redox-циклування) NiO-вмісних анодних матеріалів забезпе-
чує їх оптимальні фізико-механічні властивості, зокрема матеріалів систем
ScCeSZ–NiO та YSZ–NiO для анодів-підкладок КПК [6, 8]. Режим цієї обробки
передбачає почергове формування в структурі на поверхнях часток NiO спочатку
шару металевого нікелю певної товщини внаслідок відновлення у водневовмісно-
му середовищі, а далі окиснення цього шару в повітрі з утворенням оксиду ніке-
лю дисперснішої структури. Тобто redox-циклування призводить до подрібнення
часток нікелевої фази й підвищення електропровідності композитів [9, 16–19]. В
оксиді NiO процеси відновлення та окиснення нікелю, інтенсифіковані проміжним
вакуумуванням (дегазацією), відбуваються швидше, ніж у композиті YSZ–NiO
[4, 11, 15]. Тому оптимальна тривалість кожного з етапів відновлення й окиснен-
ня 1 h, тоді як для композита YSZ–NiO – 4 h [4]. Структура оксиду NiO після
redox-циклування (варіант № 5 у таблиці) подібна до отриманої за варіантом № 3,
оскільки в переважної більшості часток (окрім дрібніших за 2…2,5 µm, що від-
новлені повністю) залишилася невідновленою серцевина під тонкою облямівкою
відновленого нікелю (рис. 3c). Крім цього, трапляються поодинокі дрібні часточ-
ки металевого нікелю (0,2…0,5 µm) та пори (0,1…0,8 µm). Контури гексагональ-
них часток оксиду нечіткі, зі згладженими ребрами та спотвореною коагульова-
ними часточками відновленого нікелю мікропухирчастою поверхнею граней
(рис. 3f). Механізм руйнування відмінний від попередніх, властивих для матеріа-
лу за варіантами № 2 і 3. Хоча в зламі трапляються поодинокі місця міжзеренно-
го руйнування з видовженими гребенями нікелю на ребрах часток, переважає че-
реззеренний відкол із пластичними гребенями нікелю вздовж краю фасеток, зде-
більшого у площині, перпендикулярній до напрямку дії максимальних напру-
жень розтягу. Це свідчить, що міцність зчеплення часток оксиду зросла до вищо-
го рівня, ніж за міжзеренного відкольного руйнування (рис. 3g). Це підтверджу-
91
ють характеристики відносних міцності (193%) і жорсткості (108%), що свідчить
про спричинену redox-циклуванням структурну перебудову меж контакту часток
матеріалу. Вона полягає у злитті кількох часток в одну із утворенням у місцях
колишніх меж мережі мікропор та коагульованих мікрочасточок відновленого ні-
келю. Такого ефекту досягнуто проміжним вакуумуванням між півциклами від-
новлення й окиснення. Ріст поруватості обмежено завдяки скороченню тривалос-
ті одиничного циклу обробки. При цьому, з одного боку, через мережу мікропор
мала б значно поліпшитися йонна провідність. Але з іншого, внаслідок коагуляції
нікелю контакт між облямівками частково втрачається й падає електронна провід-
ність. Все ж рівень питомої електропровідності κ = 1,9⋅105 S/m задовільний і добре
узгоджується зі значеннями, отриманими у працях [15, 20]. Вона потенційно мо-
же зростати за стаціонарних умов експлуатації анода у технологічному воднево-
вмісному середовищі через додаткове його відновлення. Тенденція зміни меха-
нічних властивостей під час redox-циклування (рис. 4, ділянка 2) принципово ін-
ша, ніж за однократного відновлення (ділянка 1), що вказує на перспективу цієї
технології для забезпечення необхідних фізико-механічних властивостей матеріа-
лів систем ScCeSZ–NiO та YSZ–NiO для анодів-підкладок КПК.
Рис. 4. Залежності відносної міцності
від відносної жорсткості
для досліджених варіантів матеріалу:
1 – однократне відновлення;
2 – redox-обробка; A – вихідний стан.
Fig. 4. Relative strength vs relative stiffness
dependences for the investigated variants
of the material 1 – single reduction;
2 – redox treatment; A – as-received material.
ВИСНОВКИ
Циклічна відновлювально-окиснювальна обробка (redox-циклування) оксиду
NiO за певних її режимів, коли стадії відновлення у газовій суміші Ar–5 vol.% Н2
і окиснення в повітрі тривають кожна 1 h, обумовлює принципово іншу структу-
ру та вищі міцність і жорсткість матеріалу, ніж за однократного відновлення впро-
довж 4 h, за задовільного рівня питомої електропровідності, що вказує на пер-
спективу цієї технології для забезпечення необхідних фізико-механічних власти-
востей матеріалів систем ScCeSZ–NiO та YSZ–NiO для анодів-підкладок КПК.
РЕЗЮМЕ. Проанализирована роль структурных преобразований в никелевой фазе
при воздействии восстановительной и окислительной высокотемпературных (600°С) газо-
вых сред в формировании уровней прочности и электропроводности NiO-содержащих ма-
териалов для анодов-подложек керамичесних топливных ячеек. Вследствие циклической
восстановительно-окислительной обработки (redox-циклирования) оксида NiO, включаю-
щей нагрев до фиксированной температуры (600°С) в вакууме, восстановление в газовой
смеси Ar–5 vol.% Н2 уже нагретого материала, дегазацию и окисление в воздухе при этой
же температуре, сформирована структура, повышающая прочность и электропроводность
композитов YSZ–Ni и ScCeSZ–Ni.
SUMMARY. The role of structural transformations of nickel phase during action of redu-
cing and oxidizing high temperature (600°С) gas environments in formation of the levels of
strength and electrical conductivity of NiO-containing anode substrates for solid oxide fuel cells
was analyzed. Using the cyclic redox treatment of NiO oxide that comprises the stages of
heating in vacuum to the fixed temperature (600°С), reduction of already heated material in Ar–
5 vol.% Н2 gas mixture, degassing and oxidation in air at the same temperature, the structure
providing the improved strength and electrical conductivity of YSZ–Ni and ScCeSZ–Ni compo-
sites was formed.
92
1. Sarantaridis D. and Atkinson A. Redox cycling of Ni-based solid oxide fuel cell anodes:
a review // Fuel Cells. – 2007. – № 3. – P. 246–258.
2. Durability of Ni anodes during reoxidation cycles / M. Ettler, H. Timmermann, J. Malzben-
der et al. // J. Power Sources. – 2010. – 195. – P. 5452–5467.
3. Solid Oxide Fuel Cells. Materials Properties and Performance / Eds. J. W. Fergus, R. Hui,
X. Li et al. // CRC Press, Taylor and Francis Group, 2009. – 314 p.
4. Waldbillig D., Wood A., and Ivey D. G. Electrochemical and microstructural characterization of the
redox tolerance of solid oxide fuel cell anodes // J. Power Sources. – 2005. – 145. – P. 206–215.
5. Оптимізація властивостей композита 10Sc1CeSZ–NiO відновлювально-окиснюваль-
ною обробкою / О. П. Осташ, Б. Д. Василів, В. Я. Подгурська та ін. // Фіз.-хім. механі-
ка матеріалів. – 2010. – 46, № 5. – С. 76–81.
(Optimization of the properties of 10Sc1CeSZ–NiO composite by the redox treatment
/ O. P. Ostash, B. D. Vasyliv, V. Ya. Podhurs’ka et al. // Materials Science. – 2011. – 46,
№ 5. – P. 653–658.)
6. Вплив відновлювального і окиснювального середовищ на фізико-механічні властивості
керамік ScCeSZ–NiO та YSZ–NiO / Б. Д. Василів, В. Я. Подгурська, О. П. Осташ та ін.
// Там же. – 2013. – 49, № 2. – С. 5–13.
7. US Patent. Preconditioning treatment to enhance redox tolerance of solid oxide fuel cells
/ A. Wood, D. Waldbillig. – № 8029946, October 04, 2011.
8. Патент України №78992. Спосіб обробки NiO-вмісних анодів твердооксидної палив-
ної комірки / Б. Д. Василів, О. П. Осташ, В. Я. Подгурська, О. Д. Васильєв. – Опубл.
10.04.13; Бюл. № 7.
9. Podhurska V. and Vasyliv B. Influence of NiO reduction on microstructure and properties of
porous Ni–ZrO2 substrates // Proc. of the Int. Conf. on Oxide Materials for Electronic Engng
(ОМЕE-2012). – Lviv (Ukraine), September 3–7, 2012. – P. 293–294.
10. Механічна поведінка Ni–ZrO2 анодів керамічних паливних комірок / Є. Бродніковський,
Б. Василів, О. Осташ, О. Васильєв // Механіка руйнування матеріалів і міцність конст-
рукцій / Під заг. ред. В. В. Панасюка. – Львів: ФМІ НАН України, 2009. – С. 515–520.
11. Василів Б. Д. Методика дослідження механічних і фізичних властивостей кераміки в
умовах біаксиального згину дискового зразка за схемою кільце–кільце // Фіз.-хім. ме-
ханіка матеріалів. – 2009. – 45, № 4. – С. 89–92.
(Vasyliv B. D. A procedure for the investigation of mechanical and physical properties of ce-
ramics under the conditions of biaxial bending of a disk specimen according to the ring–ring
scheme // Materials Science. – 2009. – 45, № 4. – P. 571–575.)
12. Radovic M. and Lara-Curzio E. Mechanical properties of tape cast nickel-based anode mate-
rials for solid oxide fuel cells before and after reduction in hydrogen // Acta Mater. – 2004.
– 52. – P. 5747–5756.
13. Effects of powder sizes and reduction parameters on the strength of Ni–YSZ anodes / Y. Wang,
M. E. Walter, K. Sabolsky et al. // Solid State Ionics. – 2006. – 177. – P. 1517–1527.
14. Van der Pauw L. J. A method of measuring specific resistivity and hall effect of discs of
arbitrary shape // Philips Research Reports. – 1958. – 13. – P. 1–9.
15. Clemmer R. M. C. and Corbin S. F. The influence of pore and Ni morphology on the electri-
cal conductivity of porous Ni/YSZ composite anodes for use in solid oxide fuel cell applica-
tions // Solid State Ionics. – 2009. – 180. – P. 721–730.
16. Ettler M., Blaβ G., and Menzler N. H. Characterisation of Ni–YSZ-cermets with respect to
redox stability // Fuel Cells. – 2007. – № 5. – P. 349–355.
17. Understanding of redox behavior of Ni–YSZ cermets / Y. Zhang, B. Liu, B. Tu et al. // Solid
State Ionics. – 2009. – 180. – P. 1580–1586.
18. Redox study of anode-supported solid oxide fuel cell / A. Faes, A. Nakajo, A. Hessler-Wyser
et al. // J. Power Sources. – 2009. – 193. – P. 55–64.
19. Василів Б. Д. Підвищення електропровідності матеріалу анода паливної комірки цик-
лічною відновлювально-окиснювальною термічною обробкою // Фіз.-хім. механіка ма-
теріалів. – 2010. – 46, № 2. – С. 117–120.
(Vasyliv B. D. Improvement of the electric conductivity of the material of anode in a fuel cell
by the cyclic redox thermal treatment // Materials Science. – 2010. – 46, № 2. – P. 260–264.)
20. Microstructural effects on the electrical and mechanical properties of Ni–YSZ cermet for
SOFC anode / J. H. Yu, G. W. Park, S. Lee, and S. K. Woo // J. Power Sources. – 2007.
– 163. – P. 926–932.
Одержано 14.08.2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134152 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0430-6252 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T09:11:35Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Подгурська, В.Я. Василів, Б.Д. Осташ, О.П. Васильєв, О.Д. Бродніковський, Є.М. 2018-06-12T15:40:51Z 2018-06-12T15:40:51Z 2013 Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення / В.Я Подгурська, Б.Д. Василів, О.П. Осташ, О.Д. Васильєв, Є.М. Бродніковський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 87-92. — Бібліогр.: 20 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134152 666.3: 539.4.015 Проаналізовано роль структурних перетворень у нікелевій фазі під час дії відновлювального та окиснювального високотемпературних (600°С) газових середовищ у формуванні рівнів міцності та електропровідності NiO-вмісних матеріалів для анодів-підкладок керамічних паливних комірок. Внаслідок циклічної відновлювальноокиснювальної обробки (redox-циклування) оксиду NiO, яка охоплює нагрівання до фіксованої температури (600°С) у вакуумі, відновлення у газовій суміші Ar–5 vol.% Н2 вже нагрітого матеріалу, дегазацію та окиснення в повітрі за цієї ж температури, сформовано структуру, що забезпечує поліпшені фізико-механічні характеристики композитів YSZ–Ni і ScCeSZ–Ni. Проанализирована роль структурных преобразований в никелевой фазе при воздействии восстановительной и окислительной высокотемпературных (600°С) газовых сред в формировании уровней прочности и электропроводности NiO-содержащих материалов для анодов-подложек керамичесних топливных ячеек. Вследствие циклической восстановительно-окислительной обработки (redox-циклирования) оксида NiO, включающей нагрев до фиксированной температуры (600°С) в вакууме, восстановление в газовой смеси Ar–5 vol.% Н2 уже нагретого материала, дегазацию и окисление в воздухе при этой же температуре, сформирована структура, повышающая прочность и электропроводность композитов YSZ–Ni и ScCeSZ–Ni. The role of structural transformations of nickel phase during action of reducing and oxidizing high temperature (600°С) gas environments in formation of the levels of strength and electrical conductivity of NiO-containing anode substrates for solid oxide fuel cells was analyzed. Using the cyclic redox treatment of NiO oxide that comprises the stages of heating in vacuum to the fixed temperature (600°С), reduction of already heated material in Ar– 5 vol.% Н2 gas mixture, degassing and oxidation in air at the same temperature, the structure providing the improved strength and electrical conductivity of YSZ–Ni and ScCeSZ–Ni composites was formed. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення Структурные превращения в NiO-содержащем аноде керамических топливных ячеек при его восстановлении и окислении Structural transformations in NiO-containing anode of ceramic fuel cells during its reduction and oxidation Article published earlier |
| spellingShingle | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення Подгурська, В.Я. Василів, Б.Д. Осташ, О.П. Васильєв, О.Д. Бродніковський, Є.М. |
| title | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення |
| title_alt | Структурные превращения в NiO-содержащем аноде керамических топливных ячеек при его восстановлении и окислении Structural transformations in NiO-containing anode of ceramic fuel cells during its reduction and oxidation |
| title_full | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення |
| title_fullStr | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення |
| title_full_unstemmed | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення |
| title_short | Структурні перетворення в NiO-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення |
| title_sort | структурні перетворення в nio-вмісному аноді керамічних паливних комірок під час його відновлення та окиснення |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134152 |
| work_keys_str_mv | AT podgursʹkavâ strukturníperetvorennâvniovmísnomuanodíkeramíčnihpalivnihkomírokpídčasiogovídnovlennâtaokisnennâ AT vasilívbd strukturníperetvorennâvniovmísnomuanodíkeramíčnihpalivnihkomírokpídčasiogovídnovlennâtaokisnennâ AT ostašop strukturníperetvorennâvniovmísnomuanodíkeramíčnihpalivnihkomírokpídčasiogovídnovlennâtaokisnennâ AT vasilʹêvod strukturníperetvorennâvniovmísnomuanodíkeramíčnihpalivnihkomírokpídčasiogovídnovlennâtaokisnennâ AT brodníkovsʹkiiêm strukturníperetvorennâvniovmísnomuanodíkeramíčnihpalivnihkomírokpídčasiogovídnovlennâtaokisnennâ AT podgursʹkavâ strukturnyeprevraŝeniâvniosoderžaŝemanodekeramičeskihtoplivnyhâčeekpriegovosstanovleniiiokislenii AT vasilívbd strukturnyeprevraŝeniâvniosoderžaŝemanodekeramičeskihtoplivnyhâčeekpriegovosstanovleniiiokislenii AT ostašop strukturnyeprevraŝeniâvniosoderžaŝemanodekeramičeskihtoplivnyhâčeekpriegovosstanovleniiiokislenii AT vasilʹêvod strukturnyeprevraŝeniâvniosoderžaŝemanodekeramičeskihtoplivnyhâčeekpriegovosstanovleniiiokislenii AT brodníkovsʹkiiêm strukturnyeprevraŝeniâvniosoderžaŝemanodekeramičeskihtoplivnyhâčeekpriegovosstanovleniiiokislenii AT podgursʹkavâ structuraltransformationsinniocontaininganodeofceramicfuelcellsduringitsreductionandoxidation AT vasilívbd structuraltransformationsinniocontaininganodeofceramicfuelcellsduringitsreductionandoxidation AT ostašop structuraltransformationsinniocontaininganodeofceramicfuelcellsduringitsreductionandoxidation AT vasilʹêvod structuraltransformationsinniocontaininganodeofceramicfuelcellsduringitsreductionandoxidation AT brodníkovsʹkiiêm structuraltransformationsinniocontaininganodeofceramicfuelcellsduringitsreductionandoxidation |