Синтез порошков α-LiAlO2 контролируемого гранулометрического состава для матричного электролита на основе карбонатных расплавов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассмотрены три метода синтеза порошков α-LiAlO2 для изготовления матричного электролита расплав-карбонатного топливного элемента. Методом распылительного пиролиза из водного раствора получена субмикронная фракция с удельной поверхностью 79 м2/г, а методами синтеза из галогенидного расплава и водного раствора получены крупные стержневидные фракции с длиной частиц до 19 мкм. Керамические матрицы, изготовленные методом ленточного литья, испытаны в единичной ячейке топливного элемента с расплавом 53Li2CO3–47Na2CO3 в качестве электролита. Матрицы показали хорошую газоплотность: натекание азота в анод через матрицу не превышало 0.6% в течение 1 100 часов ресурсных испытаний, включавших 15 термоциклов с охлаждением топливной ячейки до замерзания расплава.

Об авторах

А. С. Толкачёва

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.s.tolkacheva@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

М. А. Конопелько

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: a.s.tolkacheva@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Bischoff M. Large stationary fuel cell systems: Status and dynamic requirements // J. Power Sources. 2006. 154. № 2. P. 461–466.
  2. Alvarez T., Valero A., Montes J.M. // Energy. 2006. 31. № 10–11. P. 1358–1370. https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.05.030
  3. Divan A., Zahedi A., Mousavi S.S. // Energy Build. 2022. 273. P. 112402. https://doi.org/10.1016/ j.enbuild.2022.112402
  4. Rexed I., della Pietra M., McPhail S., Lindbergh G., Lagergren C. // Int. J. Greenh. Gas Control. 2015. 35. P. 120–130. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2015.01.012
  5. Cooper R., Bove D., Audasso E., Ferrari M.C., Bosio B. // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. 46. № 28. P. 15024–15031. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.189
  6. Barckholtz T.A., Taylor K.M., Narayanan S., Jolly S., Ghezel-Ayagh H. Molten carbonate fuel cells for simultaneous CO2 capture, power generation, and H2 generation // Appl Energy. 2022. 313. P. 118553.
  7. Audasso E., Kim K.I., Accardo G., Kim H.S., Yoon S.P. Investigation of molten carbonate electrolysis cells performance for H2 production and CO2 capture // J. Power Sources. 2022. 523. P. 231039.
  8. Hosseini S.S., Mehrpooya M., Alsagri A.S., Alrobaian A.A. // Energy Convers. Manage. 2019. 197. P. 111878. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.111878
  9. Баранов А.Е., Ерохин М.А., Казанцева Н.Н., Подымова О.А., Конопелько М.А., Звездкин М.А. Испытания демонстрационной системы электрохимической регенерации воздуха // Проблемы развития корабельного вооружения и судового радиоэлектронного оборудования. 2017. 4. № 13. С. 36–45.
  10. Yuh Ch.Y., Hilmi A. Smart Matrix Development for Direct Carbonate Fuel Cell. № DOE-FCE-EE0006606. FuelCell Energy, Danbury, CT (United States), 2018.
  11. Choi H.-J., Lee J.-J., Hyun S.-H., Lim H.-C. // Fuel Cells. 2010. 10. № 4. Р. 613–618. https://doi.org/10.1002/fuce.200900199
  12. Antolini E. The stability of LiAlO2 powders and electrolyte matrices in molten carbonate fuel cell environment // Ceram. Int. 2013. 39. № 4. P. 3463–3478. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.10.236
  13. Kharlamova O.A., Mitrofanova R.P., Tarasov K.A. [et al.] Low-temperature synthesis of highly disperse lithium gamma-monoaluminate // Chemistry for Sustainable Development. 2004. 12. P. 379–383.
  14. Baron R., Wejrzanowski T., Milewski J., Szabłowski Ł., Szczęśniak A., Fung K.-Z. Manufacturing of γ-LiAlO2 matrix for molten carbonate fuel cell by high-energy milling // Int. J. Hydrog Energy. 2018. 43. № 13. P. 6696–6700. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.02.085
  15. Tolkacheva A.S., Porotnikova N.M., Farlenkov A.S, Il’ina E.A., Konopelko M.A. LiAlO2 prepared by nitrates-free synthesis for carbon capture by MCFCs. // Refract Ind Ceram. 2021. 62. № 4. Р. 414–420. https://doi.org/10.1007/s11148-021-00618-0
  16. Messing G.L., Zhang S.-C., Jayanthi G.V. Ceramic Powder Synthesis by Spray Pyrolysis // J. Am. Ceram. Soc. 1993. 76. № 11. P. 2707–2726. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.1993.TB04007.X
  17. Terada S., Higaki K., Nagashima I., Ito Y. Stability and solubility of electrolyte matrix support material for molten carbonate fuel cells // J. Power Sources. 1999. 83. № 1–2. P. 227–230. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00282-7
  18. Yuh C., Colpetzer J., Dickson K., Farooque M., Xu G. Carbonate fuel cell materials // J. Mater. Eng. Perform. 2006. 15. № 4. P. 457–462. https://doi.org/10.1361/105994906X117305
  19. Vine R.W., Schroll C.R., Reiser C.A. Molten Carbonate Fuel Cell Matrix Tape and Assembly Method, Raytheon Technologies, 1985. US Patent US4538348A.
  20. Gürbüz E., Hubert S., Jordan L., Albin V., Ringuedé A., Lair V., Cassir M. // Ceram. Int. 2022. 48. № 6. P. 74487455. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.11.142
  21. Hyun S.H., Baek K.H., Hong S.-A. Preparation of fiber-reinforced g-LiAlO2 matrixes by the tapecasting method // J. Korean Ceram. Soc. 1997. 34. Р. 303–313.
  22. Lee M., Lee C.-W., Ham H.-C., Han J., Yoon S.P., Lee K.B. Mechanical strength improvement of aluminum foam-reinforced matrix for molten carbonate fuel cells // Int. J. Hydrog Energy. 2017. 42. № 25. P. 16235–16243. 2222
  23. Chu Q., Wang X., Li B., Jin H., Cao X., Zhao X., Liu X. Flux synthesis and growth mechanism of Na0.5MnO2 whiskers // J. Cryst. Growth. 2011. 322. № 1. P. 103–108.
  24. Furubayashi A., Kimura T. // J Ceram Soc Japan. 2011. 119. № 1388. Р. 282–284. https://doi.org/10.2109/jcersj2.119.282
  25. Goodilin E.A., Pomerantseva E.A., Krivetsky V.V., Itkis D.M., Hesterc J., Tretyakov Yu.D. // J. Mater. Chem. 2005. 15. Р. 1614–1620. https://doi.org/10.1039/B416512H
  26. Hu L., Tang Z., Zhang Z. // Mater Lett. 2008. 62. Р. 2039–2042. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.11.013
  27. Joshi U.A., Chung S.H., Lee J.S. // Chem. Commun. 2005. Р. 4471–4473. https://doi.org/10.1039/B508168H
  28. Nayak M., Kutty T.R.N., Jayaraman V., Periaswamy G. // J. Mater. Chem. 1997. 7. № 10. Р. 2131–2137.https://doi.org/10.1039/A702065A
  29. Tang Z., Hu L., Zhang Z., Li J., Luo Sh. // Mater Lett. 2007. 61. Р. 570–573. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.05.020
  30. Tang Z., Hu L., Zhang Zh. // Int. J. Mater Prod Technol. 2010. 37. № 3/4. Р. 263–270. https://doi.org/10.1504/IJMPT.2010.031425
  31. Joshi U.A., Lee J.S. // Inorg. Chem. 2007. 46. № 8. P. 3176–3184. https://doi.org/10.1021/ic062227m
  32. Kim S.-D., Hyun S.-H., Lim T.H., Hong S.A. Effective fabrication method of rod-shaped γ-LiAlO2 particles for molten carbonate fuel cell matrices // J. Power Sources. 2004. 137. № 1. P. 24–29.um aluminate, spray pyrolysis, hydrothermal synthesis.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024