ТВЕРДЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ С РУБИДИЙ-КАТИОННОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ
SOLID ELECTROLYTE WITH RUBIDIUM-CATION CONDUCTIVITY

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердым электролитам с проводимостью по катионам рубидия, и может применяться в различных электротехнических устройствах, работающих в области высоких температур и использующих в качестве рабочего вещества рубидий или рубидийсодержащие материалы.
Известен ряд рубидийпроводящих твердых электролитов, например сульфат рубидия (Украинский химич. журнал. 1973, Т.39, с.761), обладающий заметной ионной проводимостью в высокотемпературной области. Однако удельное электросопротивление этого твердого электролита довольно высоко (~100 Ом·см при 900°С), что снижает возможности его применения.
2
2
3
2
2
4
4+
Наиболее близкими по составу к предлагаемому в настоящем изобретении являются твердые электролиты с рубидий-катионной проводимостью, содержащие оксид железа (III), оксид рубидия и диоксид германия (SU 1653433, публ. 1991 г.). По химической природе они представляют собой моноферрит рубидия RbO·FeO или RbFeO, в котором часть ионов железа замещена ионами Ge.
Такие электролиты имеют удельное электросопротивление 15-55 Ом·см при 400°С, 10,5-30 Ом·см при 500°С, 8-16 Ом·см при 600°С.
Задача настоящего изобретения состоит в повышении эффективности работы электротехнических устройств, работающих в области высоких температур и использующих в качестве рабочего вещества рубидий или рубидийсодержащие материалы, за счет снижения удельного электросопротивления твердого электролита.
2-2x
2-x
x
4
v
Поставленная задача решается тем, что твердый электролит с рубидий-катионной проводимостью, содержащий моноферрит рубидия с добавкой многозарядных катионов, в качестве многозарядных катионов содержит катионы V группы периодической системы в количестве 0,3-1,6 ат.%, при этом состав твердого электролита отвечает общей формуле RbFeЭ O, где х=0,025-0,125.
3+
5+
Причиной снижения электросопротивления (повышения ионной проводимости) моноферрита рубидия при введении указанных добавок является образование рубидиевых вакансий, компенсирующих избыточный положительный заряд, возникающий при замещении катионов Fe катионами Э. При этом введение как меньшего, так и большего количества добавок ухудшает электрические характеристики электролита.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении удельного сопротивления твердого электролита при высоких температурах.
Изобретение проиллюстрировано следующими примерами.
2
3
2
3
4
2
4
1,95
1,975
0,025
4
Пример 1. В алундовом тигле путем взаимодействия RbCO, FeO и NHHPO с постепенным подъемом температуры и конечной выдержкой при 1000°С в течение 10 ч был синтезирован твердый электролит состава RbFeРO.
Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:
300°С - 28,1 Ом·см; 400°С - 14,0 Ом·см; 500°С - 7,7 Ом·см; 600°С - 4,9 Ом·см.
2
3
2
3
2
5
1,90
1,95
0,05
4
Пример 2. В алундовом тигле путем взаимодействия RbCO, FeO и NbO с постепенным подъемом температуры и конечной выдержкой при 1000°С в течение 10 ч был синтезирован твердый электролит состава RbFeNbO.
Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:
300°С - 30,4 Ом·см; 400°С - 14,5 Ом·см; 500°С - 8,6 Ом·см; 600°С - 5,6 Ом·см.
Как видно из приведенных данных, при температуре 500°С и выше предлагаемые электролиты имеют существенно более низкие значения удельного сопротивления по сравнению с прототипом. Таким образом, заявленное предлагаемое изобретение позволяет уменьшить удельное электросопротивление рубидийпроводящих твердых электролитов и тем самым повысить эффективность работы электротехнических устройств, работающих в области высоких температур.
Предлагаемые электролиты могут использоваться в качестве твердого электролита в различных электротехнических устройствах, использующих рубидий или его соединения. Это могут быть диафрагмы для разделения катодного и анодного пространств при электролизе расплавленных солей рубидия, системы очистки от рубидия натриевого теплоносителя в охлаждающих контурах атомных реакторов на быстрых нейтронах, датчики активности рубидия в различных жидких и газовых средах, ионные и ионно-плазменные двигатели, термоэмиссионные генераторы и др.