САМОПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ И ВКЛЮЧАЮЩИЕ ИХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПАКЕТЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

1. Самоподдерживающаяся тонкопленочная керамическая мембрана, включающая
тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии, и
более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
причем тонкий слой электролита ламинирован к более толстому опорному слою с последующим спеканием для формирования композитной структуры, имеющей текстурированную поверхность по меньшей мере со стороны опорного слоя.
2. Керамическая мембрана по п.1, в которой слой электролита и опорный слой выполнены из композиции с частично стабилизированным оксидом циркония.
3. Керамическая мембрана по п.2, в которой слой электролита и опорный слой представляют собой композицию с оксидом циркония, стабилизированным оксидом скандия.
4. Керамическая мембрана по п.2, в которой слой электролита и опорный слой представляют собой композицию с оксидом циркония, стабилизированным оксидом скандия в количестве 6 мол.%.
5. Керамическая мембрана по п.1, в которой толщина слоя спеченного керамического электролита составляет менее 100 мкм.
6. Керамическая мембрана по п.1, в которой опорный слой содержит по меньшей мере два листа материала керамического электролита, ламинированные друг с другом.
7. Керамическая мембрана по п.1, в которой опорный слой содержит полимерный компонент, причем слой электролита ламинирован к опорному слою посредством нагревания до температуры более высокой, чем температура стеклования полимерного компонента.
8. Самоподдерживающаяся керамическая мембрана, включающая
тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии, и
более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий интегрированную сетчатую центральную часть,
причем тонкий слой электролита ламинирован к более толстому опорному слою с последующим спеканием для формирования композитной структуры.
9. Самоподдерживающаяся тонкопленочная керамическая мембрана, включающая
тонкий слой электролита, содержащий пакет из по меньшей мере двух листов композиции с оксидом циркония, стабилизированным оксидом скандия, в сыром состоянии, и
более толстый опорный слой, содержащий слоистую структуру из по меньшей мере двух листов композиции с частично стабилизированным оксидом циркония в сыром состоянии, включающих полимерный компонент и имеющих множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
причем тонкий слой электролита ламинирован к более толстому опорному слою посредством нагрева слоев до температуры более высокой, чем температура стеклования полимерного компонента, а ламинированные слои спечены для формирования композитной структуры, имеющей текстурированную поверхность по меньшей мере со стороны опорного слоя, при этом толщина опорного слоя составляет менее 100 мкм.
10. Электрохимический элемент, содержащий самоподдерживающуюся тонкопленочную керамическую мембрану, материал анода и материал катода, где самоподдерживающаяся тонкопленочная керамическая мембрана включает
тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии, и
более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
причем тонкий слой электролита ламинирован к более толстому опорному слою с последующим спеканием для формирования композитной структуры, имеющей текстурированную поверхность по меньшей мере со стороны опорного слоя,
материал анода нанесен на текстурированную поверхность этой композитной структуры, а
материал катода нанесен с противоположной стороны композитной структуры.
11. Электрохимический элемент по п.10, в котором материал анода выбран из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, а материал катода выбран из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
12. Электрохимический элемент, содержащий самоподдерживающуюся тонкопленочную мембрану, материал анода и материал катода, где самоподдерживающаяся тонкопленочная мембрана включает
тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист композиции с оксидом циркония, стабилизированным оксидом скандия, в сыром состоянии, и
более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист композиции с частично стабилизированным оксидом циркония в сыром состоянии и включающий полимерный компонент, а также имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
причем тонкий слой электролита ламинирован к более толстому опорному слою посредством нагрева слоев до температуры, превышающей температуру стеклования полимерного компонента, с последующим спеканием для формирования композитной структуры, имеющей текстурированную поверхность по меньшей мере со стороны опорного слоя,
материал анода нанесен на текстурированную поверхность композитной структуры, а
материал катода нанесен с противоположной стороны композитной структуры.
13. Электрохимический элемент по п.12, в котором материал анода выбран из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, а материал катода выбран из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
14. Пакет электрохимических элементов, содержащий
первую плотную электропроводную пластину, материал которой выбран из группы, включающей хром-никелевый суперсплав, ферритную нержавеющую сталь и хромит лантана,
первый электрохимический элемент по п.10, анодная поверхность которого прикреплена к первой электропроводной пластине,
вторую плотную электропроводную пластину, прикрепленную к поверхности катода первого электрохимического элемента,
второй электрохимический элемент по п.10, поверхность анода которого прикреплена к противоположной поверхности второй электропроводной пластины, и
третью плотную электропроводную пластину, прикрепленную к поверхности катода второго электрохимического элемента.
15. Пакет электрохимических элементов по п.14, в котором материал анода выбран из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, а материал катода выбран из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
16. Пакет электрохимических элементов, содержащий:
n электрохимических элементов по п.10, где n≥2, и
n+1 плотных электропроводных пластин, материал каждой из которых выбран из группы, включающей хром-никелевый суперсплав, ферритную нержавеющую сталь и хромит лантана,
причем каждая из n-1 пластин закреплена между поверхностью анода одного из n электрохимических элементов и поверхностью катода другого одного из n электрохимических элементов, а каждая из оставшихся двух пластин прикреплена к внешней поверхности одного из n электрохимических элементов, расположенного снаружи.
17. Пакет электрохимических элементов по п.16, в котором материал анода выбран из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, а материал катода выбран из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
18. Пакет электрохимических элементов, содержащий
первую плотную электропроводную керамическую пластину,
первую двухслойную сборку, включающую тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии, и прилегающий к первой электропроводной пластине более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
вторую плотную электропроводную керамическую пластину, прилегающую к тонкому слою электролита первой двухслойной сборки,
вторую двухслойную сборку, включающую тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии, и прилегающий к противоположной поверхности второй электропроводной пластины более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
третью плотную электропроводную керамическую пластину, прилегающую к тонкому слою электролита второй двухслойной сборки,
материал анода, нанесенный на опорные слои композитной структуры, и
материал катода, нанесенный на тонкие слои электролита композитной структуры,
причем слоистая сборка ламинирована с последующим спеканием для формирования композитной структуры.
19. Пакет электрохимических элементов по п.18, в котором материал анода выбран из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, а материал катода выбран из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
20. Пакет электрохимических элементов по п.18, в котором каждая из плотных электропроводных керамических пластин выполнена из хромита лантана.
21. Пакет электрохимических элементов, содержащий:
n двухслойных сборок, где n≥2, каждая из которых включает тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии, и более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер, и
n+1 плотных электропроводных керамический пластин,
в котором каждая из n-1 пластин закреплена между опорным слоем одной из n двухслойных сборок и тонким слоем электролита другой одной из n двухслойных сборок, а каждая из оставшихся двух пластин прикреплена к внешней поверхности одной из n двухслойных сборок, расположенной снаружи,
материал анода, нанесенный на опорные слои композитной структуры, и
материал катода, нанесенный на тонкий слой электролита композитной структуры,
причем слоистая сборка ламинирована с последующим спеканием для формирования композитной структуры.
22. Пакет электрохимических элементов по п.21, в котором материал анода выбран из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, а материал катода выбран из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
23. Пакет электрохимических элементов по п.21, в котором каждая из плотных электропроводных керамических пластин выполнена из хромита лантана.
24. Способ изготовления самоподдерживающейся тонкопленочной мембраны, при осуществлении которого:
подготавливают тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии,
подготавливают более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
осуществляют ламинирование тонкого слоя электролита к более толстому опорному слою и
спекают ламинированные слои для формирования композитной структуры, имеющей текстурированную поверхность по меньшей мере со стороны опорного слоя.
25. Способ изготовления электрохимического элемента, при осуществлении которого:
подготавливают самоподдерживающуюся керамическую мембрану, изготовленную способом по п.24,
наносят материал анода на текстурированную поверхность композитной структуры и
наносят материал катода на противоположную поверхность композитной структуры.
26. Способ по п.25, при осуществлении которого
используют материал анода, выбранный из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, и
используют материал катода, выбранный из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит железа, легированного лантаном, и их смеси.
27. Способ изготовления пакета электрохимических элементов, при осуществлении которого:
подготавливают n электрохимических элементов по п.10, где n≥2,
подготавливают n+1 плотных электропроводных пластин, материал каждой из которых выбирают из группы, включающей хром-никелевый суперсплав, ферритную нержавеющую сталь и хромит лантана,
закрепляют каждую из n-1 пластин между поверхностью анода одного из n электрохимических элементов и поверхностью катода другого одного из n электрохимических элементов и
прикрепляют каждую из оставшихся двух пластин к внешней поверхности одного из n электрохимических элементов, расположенного снаружи.
28. Способ по п.27, в котором:
выбирают материал анода из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, и
выбирают материал катода из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
29. Способ изготовления пакета электрохимических элементов, при осуществлении которого
подготавливают n двухслойных сборок, где n≥2, а каждая двухслойная сборка включает тонкий слой электролита, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и более толстый опорный слой, содержащий по меньшей мере один лист материала керамического электролита в сыром состоянии и имеющий множество полостей, разделенных решетчатой структурой опорных ребер,
подготавливают n+1 плотных электропроводных керамических пластин,
закрепляют каждую из n-1 пластин между опорным слоем одной из n двухслойных сборок и тонким слоем электролита другой одной из n двухслойных сборок,
прикрепляют каждую из оставшихся двух пластин к внешней поверхности одной из n двухслойных сборок, расположенной снаружи,
осуществляют ламинирование слоистой сборки,
спекают ламинированную сборку для формирования композитной структуры,
наносят материал анода на опорные слои композитной структуры и
наносят материал катода на тонкие слои электролита композитной структуры.
30. Способ по п.29, в котором:
выбирают материал анода из композита, содержащего NiO и оксид церия, легированный гадолинием, и его смесей, и
выбирают материал катода из группы, включающей композит, содержащий манганит лантана, легированный стронцием, и церий, легированный гадолинием, композит феррита, легированного лантаном, и их смеси.
31. Способ по п.29, в котором выполняют каждую из плотных электропроводных керамических пластин из хромита лантана.