ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ТВЕРДООКСИДНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ
FUEL ELEMENT WITH SOLID OXIDE ELECTROLYTE

Предлагаемое техническое решение относится к области прямого получения электроэнергии из природного топлива, а именно к области высокотемпературных топливных элементов.
Известен высокотемпературный электрохимический конвертор для углеводородного топлива и система топливных элементов для получения электроэнергии (патент РФ №2172543).
Известна также батарея твердооксидных топливных элементов, каждый из которых содержит электролит с электродными покрытиями на противоположных сторонах (патент РФ №2129323), выбранная за прототип.
Недостатком известных топливных элементов с твердым электролитом является ограниченность трехфазной границы твердый электролит-электрод-газовая фаза, что ограничивает плотность тока нагрузки.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что поверхность электролита интеркалирована оксидами металлов-стабилизаторов, выбранных из ряда иттрий, скандий, алюминий, кальций, лантаноиды, уран, глубина интеркалирования составляет 0,5-2,5 мкм, а содержание интеркалированных металлов-стабилизаторов составляет 2-10 мол.%.
Предлагаемое техническое решение относится в первую очередь к твердым электролитам на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидами трех- и двухвалентных металлов. Интеркалирование оксидами металлов-стабилизаторов приводит к появлению смешанной проводимости, частичной эрозии поверхности и, как следствие, расширению зоны трехфазной границы с увеличением достижимых плотностей тока нагрузки.
2
Пример 1. Поверхность диоксидциркониевого электролита интеркалирована оксидом иттрия до глубины 0,5 мкм и содержанием 2 мол.%. После нанесения электродов проведены измерения плотности тока в процессах окисления водорода и переноса кислорода. При поляризации 50 мВ достигнута плотность тока 140 мА/см.
2
Пример 2. Поверхность диоксидциркониевого электролита интеркалирована оксидом иттрия до глубины 1 мкм и содержанием 5 мол.%. После нанесения электродов проведены измерения плотности тока в процессах окисления водорода и переноса кислорода. При поляризации 50 мВ достигнута плотность тока 180 мА/см.
2
Пример 3. Поверхность диоксидциркониевого электролита интеркалирована оксидом иттрия до глубины 2,5 мкм и содержанием 10 мол.%. После нанесения электродов проведены измерения плотности тока в процессах окисления водорода и переноса кислорода. При поляризации 50 мВ достигнута плотность тока 160 мА/см.
2
Пример 4. Поверхность диоксидциркониевого электролита интеркалирована оксидом скандия до глубины 2 мкм и содержанием 5 мол.%. После нанесения электродов проведены измерения плотности тока в процессах окисления водорода и переноса кислорода. При поляризации 50 мВ достигнута плотность тока 210 мА/см.
2
Пример 5. Поверхность диоксидциркониевого электролита интеркалирована оксидом иттрия до глубины 0,2 мкм и содержанием 1,5 мол.%. После нанесения электродов проведены измерения плотности тока в процессах окисления водорода и переноса кислорода. При поляризации 50 мВ достигнута плотность тока 90 мА/см.
Таким образом, использование существенных признаков заявляемого технического решения, а именно: поверхность электролита интеркалирована оксидами металлов-стабилизаторов, выбранных из ряда иттрий, скандий, алюминий, кальций, лантаноиды, уран, глубина интеркалирования составляет 0,5-2,5 мкм, а содержание интеркалированных металлов-стабилизаторов составляет 2-10 мол.%, приводит к достижению поставленной цели - увеличения плотности тока нагрузки.