SRAVNITEL'NOE ISSLEDOVANIE SVOYSTV KSEROGELEY, NANOPOROShKOV I KERAMIChESKIKh MATERIALOV V SISTEME CeO2–Dy2O3, POLUChENNYKh METODAMI SOVMESTNOGO OSAZhDENIYa V LABORATORNOY USTANOVKE I SOOSAZhDENIYa V MIKROREAKTORE SO VSTREChNYMI ZAKRUChENNYMI POTOKAMI
- Authors: Kalinina M.V1, Makusheva I.V1, Myakin S.V1, Khamova T.V1, Sokolov A.E1, Farafonov N.V1, Loktyushkin N.R1, Abiev R.S.1
-
Affiliations:
- Issue: Vol 98, No 11-12 (2025)
- Pages: 609-620
- Section: Неорганический синтез и технология неорганических производств
- URL: https://journal-vniispk.ru/0044-4618/article/view/356756
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461825090053
- ID: 356756
Cite item
Abstract
Двумя методами жидкофазного синтеза — методом совместного осаждения гидроксидов в лабораторной установке с магнитной мешалкой и методом быстрого совместного осаждения гидроксидов в микрореакторе со встречными закрученными потоками синтезированы высокодисперсные метопористые порошки состава (CeO2)1-x(Dy2O3)x (x = 0.05, 0.10, 0.15. 0.20), обладающие удельным объемом пор 0.022–0.084 см3·г−1 и удельной площадью поверхности 23.71–66.32 м2·г−1. На их основе получены керамические напоматериалы заданного состава, представляющие собой кубические твердые растворы типа флюорита с ОКР ~ 44–76 нм, с открытой пористостью в интервале 3–14%, высокими значениями кажущейся плотности 5.87–7.24 г·см−3. Выявлено существенное влияние условий проведения синтеза на физико-химические свойства керамических электролитных материалов. Показано, что спекающая добавка ZnO для керамики, полученной двумя разными методами синтеза, влияет на открытую пористость и плотность по-разному: в случае использования метода синтеза в микрореакторе со встречными закрученными потоками (расход 1.5 л·мин−1) открытая пористость уменьшилась в 2–5 раз, плотность увеличилась незначительно. Однако для образцов, синтезированных методом соосаждения гидроксидов в лабораторной установке, пористость снизилась в 2 раза, что доказывает избирательное влияние спекающих добавок. По своим физико-химическим свойствам (плотность, пористость, коэффициент термического расширения) полученные керамические материалы перспективны в качестве твердооксидных электролитов среднетемпературных топливных элементов.
About the authors
M. V Kalinina
Email: sergey_mjakin@mail.ru
SPIN-code: 3286-4972
к.х.н.
I. V Makusheva
Email: sergey_mjakin@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-7608-9115
S. V Myakin
Author for correspondence.
Email: sergey_mjakin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8364-6971
T. V Khamova
Email: sergey_mjakin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4302-3520
к.х.н.
A. E Sokolov
Email: sergey_mjakin@mail.ru
SPIN-code: 3223-0165
к.ф.-м.н.
N. V Farafonov
Email: sergey_mjakin@mail.ru
N. R Loktyushkin
Email: sergey_mjakin@mail.ru
R. Sh Abiev
Email: sergey_mjakin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3571-5770
д.т.н., проф.
References
- Моотта С. Е., Grodsky S. M., Rupp S. Renewable Energy and Wildlife Conservation. Johns Hopkins University Press, 2019. 279 p.
- Gandia L. M., Arzamedi G. Renewable hydrogen technologies: Production, purification, storage, applications and safety. Elsevier, 2013. 472 p.
- Dicks A., Rand D. A. J. Fuel cell systems explained. Wiley, 2018. 460 p.
- Tiwari G. N., Mishra R. K. Advanced renewable energy sources. RSC Publ., Cambridge, 2012. 562 p.
- Azxacos A. E. Vozobnovlyaemaya energetika. M.: FIZMATLIT, 2012. 256 s.
- Mudryk K., Werle S. Renewable energy sources: Engineering, technology, innovation, Springer Int. Publ., 2018. 834 p.
- Yashtukov N. A., Lebedeva M. V. Vodorodnaya energetika vozobnovlyaemykh istochnikov toka // Ros. tekhnol. zhurn. 2017. T. 5. № 3. S. 58–73. ID 29715682.
- Hussai S., Yangping L. Review of solid oxide fuel cell materials: Cathode, anode, and electrolyte // Energy Transitions. 2020. N 4. P. 113–126.
- Mahato N., Banerjee A., Gupta A., Omar S., Balani K. Progress in material selection for solid oxide fuel cell technology: A review // Progress Mater. Sci. 2015. N 72. P. 141–337.
- Trovarelli A. Bernal catalysis by ceria and related materials // Catal. Sci. Ser. L.: Imperial College Press, 2002. V. 2. 528 p.
- Kuznetsova T. G., Sadykov V. A. Osobennosti defektnoi struktury metastabil'nykh nanodispersnykh dioksidov tseriya i tsirkoniya i materialov na ikh osnove // Kinetika i kataliz. 2008. T. 49. № 6. S. 886–905. ID 11617843.
- Fathy A., Wagih A., Abu-Oqail A. Effect of ZrO2 content on properties of Cu-ZrO2 nanocomposites synthesized by optimized high energy ball milling // Ceram. Int. 2019. V. 45. N 2. P. 2319–2329.
- Li Z., He Q., Xia L., Xu Q., Cheng C., Wang J., Ni M. Effects of cathode thickness and microstructural properties on the performance of protonic ceramic fuel cell (PCFC): A 3D modelling study // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. N 6. P. 4047–4061.
- Khasanov O. L., Danil Z. S., Bikbaev Z. G. Metody kompaktirovaniya i konsolidatsii nanostrukturnykh materialov i izdelii. Izd-vo Tom. politekhn. un-ta, 2008. 212 s. ISBN 978-5-93208-750-3
- Rempel A. A., Gusev A. I. Nanocrystalline Materials. Cambridge Int. Sci. Publ., 2004. 351 p. ISBN: 978-1-898326-26-7
- Kalinina M. V., Dyuskin D. A., Myakin S. V., Kruchinina I. Yu., Shilova O. A. Comparative study of physicochemical properties of finely dispersed powders and ceramics in the systems CeO2–Sm2O3 and CeO2–Nd2O3 as electrolyte materials for medium temperature fuel cells // Ceramics. 2023. V. 6. N 2. P. 1210–1226.
- Kalinina M. V., Polyakova I. G., Myakin S. V., Khanova T. V., Efimova L. N., Kruchinina I. Yu. Synthesis and study of electrolyte and electrode materials in the CeO2–Nd2O3 and Gd2O3–La2O3–SrO–Ni(Co)2O3-s systems for medium-temperature fuel cells // Glass Phys. Chem. 2024. V. 50. N 1. P. 69–87.
- Proskurina O. V., Sokolova A. N., Sirotkin A. A., Abiev R. Sh., Gusarov V. V. Rol' uslovii soosazhdeniya gidroksidov v formirovanii nanokristallicheskogo BiFeO3 // Zhurn. neorgan. khimii. 2021. T. 66. № 2. S. 160–167. ID 44494814.
- Abiev R. Sh., Proskurina O. V., Enikova M. O., Gusarov V. V. Vliyanie gidrodinamicheskikh uslovii v mikroreaktore so stalkivayushchimisya struyami na formirovanie nanochastits na osnove slozhnykh oksidov // Teoret. osnovy khim. tekhnologii. 2021. T. 55. № 1. S. 16–33. ID 44492507.
- Abiev R. Sh., Zdravkov A. V., Kudryashova Yu. S., Aleksandrov A. A., Kuznetsov S. V., Fedorov P. P. Sintez nanorazmernykh chastits ftorida kal'tsiya v mikroreaktore s intensivno zakruchennymi potokami // Zhurn. neorgan. khimii. 2021. T. 66. № 7. S. 929–934. ID 45794951.
- Abiev R. S., Kudryashova A. K. Study of micromixing in a microreactor with counter-current intensively swirled flows // Theor. Found. Chem. Eng. 2024. V. 58. N 4. P. 1082–1097.
- Duran P., Villegas M., Capel F., Recio P., Moure C. Low temperature sintering and microstructural development of nano scale Y-TZP ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 1996. V. 16. P. 945–952.
- GOST 473.4–81. Izdeliya khimicheski stoikie i termostoikie keramicheskie. Metod opredeleniya kazhushcheisya plotnosti i kazhushcheisya poristosti. Gosudarstvennyi standart SSSR. M.: Izd-vo standartov, 1981. 32 s.
- Jud E., Gauckler L.-J. The effect of cobalt oxide addition on the conductivity of Ce0.9Gd0.1O1.95 // J. Electroceram. 2005. V. 15. P. 159–166.
- Yaroslavtsev I. Yu., Bogdanovich N. M., Vdovina G. K., Dem'yanenko T. A., Bronin D. I., Isupova L. A. Katody na osnove nikelato-ferritov redkozemel'nykh metallov, izgotovlennye s primeneniem promyshlennogo syr'ya dlya tverdooksidnykh toplivnykh elementov // Elektrokhimiya. 2014. T. 50. № 6. S. 611–617. ID 21564503.
Supplementary files


