Изучение высокотемпературного выделения кислорода из кобальтита стронция в квазиравновесном режиме

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе приведены результаты исследования высокотемпературной десорбции кислорода из оксида со смешанной проводимостью состава SrCoO3 – δ при помощи оригинального метода квазиравновесного выделения кислорода. Измерения проводили с охарактеризованным порошкообразным образцом в трубчатом реакторе. Получена равновесная фазовая диаграмма оксида в диапазоне температур и парциальных давлений кислорода: 600–850 оC и 0.2–6·10-5 атм соответственно. При помощи литературных данных проведено качественное соотнесение областей фазовой диаграммы с соответствующей их структурой.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. П. Попов

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: popov@solid.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. С. Багишев

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: popov@solid.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. П. Немудрый

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: popov@solid.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Teraoka, Y., Zhang, H.M., Furukawa, S., and Yamazoe, N., Oxygen permeation through perovskite-type oxides, Chem. Lett., 1985, p. 1743.
  2. Shao, Z., et al., Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe 0.2O3 – δ oxygen membrane, J. Membr. Sci., 2000, vol. 172, p. 177.
  3. Asadi, A.A., et al., Preparation and oxygen permeation of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) perovskite-type membranes: experimental study and mathematical modeling, Industrial & engineering chem. res., 2012, vol. 51, no. 7, p. 3069.
  4. Bouwmeester, H.J. and Gellings, P.J., The CRC handbook of solid-state electrochemistry, 1997, no. 544.6 CRC, p. 481–553.
  5. Sunarso, J., Baumann, S., Serra, J.M., Meulenberg, W.A., Liu, S., and Lin, Y.S., Mixed ionic-electronic conducting (MIEC) ceramic-based membranes for oxygen separation, J. Membr. Sci., 2008, vol. 320, p. 13.
  6. Marques, F.M.B., Kharton, V.V., Naumovich, E.N., Shaula, A.L., Kovalevsky, A.V., and Yaremchenko, A.A., Oxygen ion conductors for fuel cells and membranes: selected developments, Solid State Ionics, 2006, vol. 177, p. 1697.
  7. Pei, S., Kleefisch, M., Kobylinski, T.P., Faber, J., Udovich, C.A., Zhang-McCoy, V., Dabrowski, B., Balachandran, U., Mieville, R.L., and Poeppel, R.B., Failure mechanisms of ceramic membrane reactors in partial oxidation of methane to synthesis gas, Catal. Lett., 1994, vol. 30, p. 201.
  8. Ten Elshof, J.E., van Hassel, B.A., and Bouwmeester, H.J.M., Activation of methane using solid oxide membranes, Catal. Today, 1995, vol. 25, p. 397.
  9. Leo, A., Liu, Sh., and Diniz da Costa, J.C., Development of mixed conducting membranes for clean coal energy delivery, Intern. J. Greenh. Gas Con., 2009, vol. 3, p. 357.
  10. Mahato, N., et al., Progress in material selection for solid oxide fuel cell technology: A review, Progress in Mater. Sci., 2015, vol. 72, p. 141–337.
  11. Othman, M.H.D., et al., High‐performance, anode‐supported, microtubular SOFC prepared from single‐step‐fabricated, dual‐layer hollow fibers, Adv. Mater., 2011, vol. 23, no. 21, p. 2480.
  12. Pusz, J., Mohammadi, A., and Sammes, N.M., Fabrication and performance of anode-supported micro-tubular solid oxide fuel cells, J. Electrochem. Energy Conversion and Storage, 2006, vol. 3, p. 482.
  13. Mahata, T., et al., Fabrication of Ni-YSZ anode supported tubular SOFC through iso-pressing and co-firing route, Intern. J. Hydrogen Energy, 2012, vol. 37, no. 4, p. 3874.
  14. Zhang, L., et al., Fabrication and characterization of anode‐supported tubular solid‐oxide fuel cells by slip casting and dip coating techniques, J. Amer. Ceram. Soc., 2009, vol. 92, no. 2, p. 302.
  15. Shao, Z. and Haile, S.M., A high-performance cathode for the next generation of solid-oxide fuel cells, Nature, 2004, vol. 431, p. 170.
  16. Попов, М.П., Старков, И.А., Чижик, С.А., Бычков, С.Ф., Немудрый, А.П. Кислородный обмен в нестехиометрических оксидах со смешанной проводимостью: новые экспериментальные методики и методология получения/анализа равновесных и кинетических данных, Новосибирск: Изд-во Сиб. отд. РАН, 2019. 135 с. [Popov, M.P., Starkov, I.A., Chizhik, S.A., Bychkov, S.F., and Nemudry, A.P., Oxygen exchange in nonstoichiometric oxides with mixed conductivity: new experimental techniques and methodology for obtaining/analyzing equilibrium and kinetic data, Novosibirsk: Izdatel’stvo Sibirskogo Otdeleniya RAN, 2019, 135 p.]
  17. Starkov, I., Bychkov, S., Matvienko, A., and Nemudry, A., Oxygen release technique as a method for the determination of ‘’δ–pO2 –T’’ diagrams for MIEC oxides, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, vol. 16, p. 5527.
  18. Chizhik, S.A. and Nemudry, A.P., Nonstoichiometric oxides as a continuous homologous series: linear free-energy relationship in oxygen exchange, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, vol. 20, p. 18447.
  19. Chizhik, Stanislav A., Bychkov, Sergey F., Voloshin, Bogdan V., Popov, Mikhail P., and Nemudry, Alexander P., The Brønsted–Evans–Polanyi relationship in oxygen exchange of fuel cell cathode material SrCo0.9Ta0.1O3 – d with the gas phase, Phys. Chem. Chem. Phys., 2021, vol. 23, p. 1072.
  20. Chizhik, S.A., Kovalev, I.V., Popov, M.P., Bychkov, S.F., and Nemudry, A.P., Study of the isobaric and isostoichiometric kinetic parameters of oxygen exchange reaction of SrFe0.98Mo 0.02O3-δ MIEC perovskite, Chem. Engineering J., vol. 445, 1 October 2022, 136724.
  21. Chizhik, S.A., Popov, M.P., Kovalev, I.V., Bychkov, S.F., and Nemudry, A.P., Comparison of stationary and transient kinetic methods in determining the rate of surface exchange reaction between molecular oxygen and MIEC perovskite, Chem. Engineering J., 2022, vol. 450, 137970.
  22. Watanabe, H., Magnetic properties of perovskites containing Strontium I. Strontium-rich ferrites and cobaltites, J. Phys. Soc. Japan, 1957, vol. 12, p. 515.
  23. Watanabe, H. and Takeda, T., in: Y. Hoshino, et al. (Eds.), Proceedings of the International Conference on Ferrites (Kyoto, Japan, 1970): Univ. Park Press, Baltimore, MD. 1971. 588 p.
  24. Grenier, J.C., Ghodbane, S., Demazeau, G., Pouchard, M., and Hagenmuller, P., Le cobaltite de strontium Sr2Co2O5: Caracterisation et proprietes magnetiques, Mat. Res. Bull., 1979, vol. 14, p. 831.
  25. Grenier, J.C., Fournes, L., Pouchard, M., and Hagenmuller, P., A Mössbauer resonance investigation of 57Fe doped Sr2Co2O5, Mat. Res. Bull., 1986, vol. 21, p. 441.
  26. Takeda, T., Yamaguchi, Y., and Watanabe, H., Magnetic Structure of SrCoO2.5, J. Phys. Soc. Japan, 1972, vol. 33, p. 970.
  27. Takeda, Y., Kanno, R., Takada, Т., Yamamoto, O., Takano, M., and Bando, Y., Phase relation and oxygen-non-stoichiometry of perovskite-like compound SrCoOx (2.29 < x > 2.80), Z. anorg. allg. Chem., 1986, vol. 540–541, p. 259.
  28. Bezdicka, M.P., Oxydation de Sr2Co2O5 par voie electrochimique, Ph. D. thesis, 1993, 203 p.
  29. Vashook, V.V., Zinkevich, M.V., and Zonov, Yu.G., Phase relations in oxygen-deficient SrCoO2.5–δ, Solid State Ionics, 1999, vol. 116, p. 129.
  30. Alario-Franco, M.A., Henche, M.J.R., Regi, M.V., Calbet, J.M.G., Grenier, J.C., Wattiaux, A., and Hagenmuller, P., Microdomain texture and oxygen excess in the calcium-lanthanum ferrite: Ca2LaFe3O8, J. Solid State Chem., 1983, vol. 46, p. 23.
  31. Alario-Franco, M.A., Calbet, J.M.G., Regi, M.V., and Grenier, J.C., Brownmillerite-type microdomains in the calcium lanthanum ferrites: CaxLa1–xFeO3–y: I. 2/3
  32. Parras, M., Regi, M.V., Calbet, J.M.G., Alario-Franco, M.A., Grenier, J.C., and Hagenmuller, P., A reassessment of Ba2Fe2O5, Mat. Res. Bull., 1987, vol. 22, p. 1413.
  33. Grenier, J.C., Ea, N., Pouchard, M., and Hagenmuller, P., Structural transitions at high temperature in Sr2Fe2O5, J. Solid State Chem., 1985, vol. 58, p. 243.
  34. Шаплыгин, И.С., Лазарев, В.Б. Получение и свойства SrCoO3. Журн. неорган. химии. 1985. Т. 30. Вып. 12. С. 3214.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Установка для измерения кислородного обмена в СИЭП-оксидах.

Скачать (93KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Полнопрофильный анализ рентгенограммы медленно охлажденного на воздухе оксида SC.

Скачать (105KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Исходные экспериментальные десорбции кислорода из порошка SC.

Скачать (101KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Равновесная фазовая диаграмма “3-δ – lg pO2 – T” SC (Т = 600–850 oС). Точками обозначены равновесные данные ТГ.

Скачать (108KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Равновесная фазовая диаграмма “3-δ – lg pO2 – T” SC (Т = 600–850 oС) с обозначением фазового состава для каждой из областей. ГП – гексагональный перовскит, ПК – псевдокубическая структура, БМ – структура браунмиллерита, КП – кубический перовскит.

Скачать (138KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Трехмерное представление равновесной фазовой диаграммы “3-δ – lg pO2 – T” SC (Т = 600–850 oС).

Скачать (80KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024