ВЛИЯНИЕ ИНФИЛЬТРАЦИИ РАСТВОРОМ НИТРАТА ПРАЗЕОДИМА РАЗЛИЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРОДА Pr_1.6Ca_0.4Ni_0.6Cu_0.4O_4+δ

Пикалова Е.Ю.^(1,2), Жуланова Т.Ю.⁽¹⁾, Пикалова Н.С.⁽³⁾_,
Цвинкинберг В.А.⁽²⁾, Филонова Е.А.⁽¹⁾

⁽¹⁾ Уральский федеральный университет

620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

⁽²⁾ Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

620137, г. Екатеринбург, ул. Академическая, д. 20

⁽³⁾ Институт металлургии и материаловедения УрО РАН

620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 101

Материалы на основе Pr₂NiO_4+δ (PNO), допированные по обеим катионным подрешеткам, получили широкое применение в составе функциональных слоев воздушных электродов среднетемпературных твердооксидных топливных элементов (СТ-ТОТЭ) благодаря высокой фазовой стабильности и каталитической активности. Однако, из-за снижения как содержания междоузельного кислорода, так и и его подвижности при внесении ряда допантов в PNO (Ca, Sr, Ba, Cu, Fe), такие электроды зачастую не удовлетворяют требованиям к уровню поляризационного сопротивления при снижении рабочей температуры до 600 °С и ниже (˂ 1 Ом см²), при которой эффективно функционируют электролитные мембраны ТОТЭ на основе CeO₂ и протонных проводников. Данная проблема стимулирует поиск методов повышения каталитической активности электродов на основе допированного Pr₂NiO_4+δ для расширения температурного интервала их успешного применения.

В настоящей работе материалы Pr_1.6Ca_0.4Ni_0.6Cu_0.4O_4+δ (PCNCO) и LaNi_0.6Fe_0.4O₃-_δ (LNF) для функционального (ФС) и коллекторного (КС) слоев двухслойного электрода, используемого для последующей инфильтрации нитратом празеодима, получали методом сжигания нитратов с использованием лимонной кислоты и глицина в качестве топлива, соответственно. С целью достижения удовлетворительной адгезии и, одновременно, высокой пористости (не менее 35 %), подходящей для последующей инфильтрации, была определена оптимальная температура припекания функционального слоя PCNCO на подложке из электролита Ce_0.8Sm_0.2O_1.9. Для установления оптимального содержания катализатора в ФС инфильтрацию нитратом празеодима проводили в несколько циклов. Прокаливание между циклами инфильтрации проводили при 600 °С. В материал коллектора вводили оксид меди, способствующий снижению температуры припекания КС, нанесенного после активации ФС, что необходимо для сохранения субмикронного состояния частиц катализатора. Установлено, что снижение концентрации раствора нитрата празеодима и введение ПАВ способствует лучшему проникновению активатора в слои ФС, прилежащие к электролиту, что способствует достижению целевого значения R_p электрода (~ 0.2 Ом см² при 600 °С) при невысокой загрузке дорогостоящего катализатора (~ 15 масс. %).

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 25-23-00168).