Церий, легированный гадолинием
Церий, легированный гадолинием (GDC) (также известный как церий, легированный гадолинием , оксид церия, легированный гадолинием (GCO) , оксид церия-гадолиния (CGO) или оксид церия (IV), легированный гадолинием , формула Gd:CeO 2 ) — керамический электролит, используемый в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ). Он имеет кубическую структуру и плотность около 7,2 г/см 3 в окисленной форме. [1] Это один из класса электролитов , легированных церием, с более высокой ионной проводимостью и более низкими рабочими температурами (<700 °C), чем у стабилизированного иттрием циркония [2] , материала, наиболее часто используемого в ТОТЭ. Поскольку для достижения максимальной ионной проводимости YSZ требует рабочих температур 800–1000 °C, связанные с этим энергозатраты и затраты делают GDC более оптимальным (даже «незаменимым» [3] по мнению исследователей из Общества Фраунгофера ) материалом для коммерчески жизнеспособных ТОТЭ.
Структура и свойства
Кислородные вакансии создаются, когда гадолиний (трехвалентный катион) вводится в церий (CeO 2 , с Ce в степени окисления 4+) или при восстановлении в CO или H 2 . [1] Высокая концентрация и подвижность вакансий оксидных ионов приводит к высокой ионной проводимости в этом материале. В дополнение к своей высокой ионной проводимости GDC является привлекательной альтернативой YSZ в качестве электролита из-за низкой реакционной способности и хорошей химической совместимости со многими материалами смешанного катода. [4] Уровни легирования Gd обычно находятся в диапазоне от 10% до 20%. Большинство исследователей и производителей SOFC по-прежнему предпочитают использовать YSZ вместо CGO из-за того, что YSZ имеет более высокую прочность, и потому что GDC будет восстанавливаться при высокой температуре при воздействии H 2 или CO. [1]
Синтез
Методы синтеза включают осаждение , [5] гидротермальную обработку, золь-гель , технику распылительного пиролиза (SPT), [6] сжигание [7] и нанолитье [8] с использованием источников церия, таких как нитрат церия , нитрат церия и аммония , [9] оксалат церия , карбонат церия и гидроксид церия. [8] GDC был синтезирован в таких формах, как порошок, чернила, диски и наноматериалы (включая наночастицы , нанокристаллы, нанопорошок и нанопроволоки). [10]
Приложения
Помимо SOFC, GDC имеет и другие области применения:
Смотрите также
Ссылки
- ^ abc Badwal, SPS; Fini, D.; Ciacchi, FT; Munnings, C.; Kimpton, JA; Drennan, J. (2013). «Структурная и микроструктурная стабильность электролита на основе церия – гадолиния, подвергнутого воздействию восстановительных сред высокотемпературных топливных элементов». Journal of Materials Chemistry A. 1 ( 36): 10768. doi :10.1039/c3ta11752a.
- ^ "Gadolinia-легированный церий GDC | AMERICAN ELEMENTS ® Поставщик и информация". Americanelements.com. 2010-08-24 . Получено 2013-08-16 .
- ^ "Publica". Publica.fraunhofer.de . Получено 2013-08-16 .
- ^ Гарче, Юрген и др., ред. Энциклопедия электрохимических источников питания. Оксфорд: Newnes, 2009.
- ^ "Сравнительное исследование среднего размера кристаллитов церия, легированного гадолинием, синтезированного различными методами" (PDF) . Sbpmat.org.br . Получено 16.08.2013 .
- ^ "Изготовление полуэлемента из церия с примесью 10% Gd (GDC)/NiO-GDC для низко- или среднетемпературных твердооксидных топливных элементов с использованием пиролиза распыления" . Получено 16 августа 2013 г.
- ^ Луо, Дэн; Луо, Чжуньян; Юй, Чуньцзян; Цен, Кефа (2007). «Исследование поведения агломерации и уплотнения керамики на основе церия, легированного гадолинием». Журнал редких земель . 25 (2): 163– 167. doi :10.1016/S1002-0721(07)60066-0.
- ^ ab Россиньол, Эмма и др. «Нанокристаллы церия, легированные гадолинием, синтезированные из мезопористого кремния». J Nanopart Res (2008) 10:369–375 doi :10.1007/s11051-007-9257-z
- ^ Halmenschlager, CM; Neagu, R.; Rose, L.; Malfatti, CF; Bergmann, CP (2013-02-01). "Влияние параметров процесса на технику пиролиза распыления, на синтез тонкой пленки церия, легированного гадолинием". Materials Research Bulletin . 48 (2): 207– 213. doi :10.1016/j.materresbull.2012.09.073. ISSN 0025-5408.
- ^ Bocchetta, Patrizia; Santamaria, Monica; Di Quarto, Francesco (2012). «Электроосаждение нанопроволок твердого раствора церия с подложкой, легированной гадолинием». Журнал Электрохимического общества . 159 (5). Jes.ecsdl.org: E108 – E114 . doi :10.1149/2.005206jes.
