Твердый электролит

 

Использование: химические источники тока, ионные фильтры, датчики активности. Сущность изобретения: твердый электролит содержит оксид бария, оксид ванадия и оксид лантана. Наличие в электролите оксидов ванадия и лантана позволяет получить высокую селективную по ионам бария электропроводность в интервале 700-1000°С при парциальном давлении кислорода 10 - 1 атм. 1 табл., 3 пр,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 M 6/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 47924221 07 (22) 14,02,90 (46) 30.10.92, Бюл, М 40 (71) Институт химии Уральского отделения

АН СССР (72) G.Н. Леонидова, И,А. Леонидов и А.А. Фотиев (56) Solid state lonics, 1981. V.5, 203 — 204.

Сб. "Дефекты и массоперенос в твердофазных соединениях переходных элементов". Свердловск, 1985, с, 101 — 119.

I. inorg, Nuci. Chem, 1967, V.29, р.2453—

2475.

$оНб state lonics, 1988, V, 28 — 30, р.179184.

Известия АН СССР, серия "Неорганические материалы", т. 18. N 12, 1986, с. 19261938.

Изобретение относится к твердым электролитам с ионной проводимостью на основе. оксидных соединений и может быть использовано в электротехнической промышленности (ионные фильтры, датчики активности, химические источники тока).

Известен твердый электролит с проводимостью по ионам бария Ва, который получают методом ионного обмена P —

AizOs, идеализированная стериометрическая формула которого 1.5. (Naz0.11А40з), где ионы Na полностью замещены на ионы

Ва . Ионный обмен проводят между расплавленными солями и монокристаллом

Na- P -А!20з при 500 — 700ОС в течение 20 часов (1). Однако, в более поздней работе (2) показано, что однофазное соединение Pe—

АЬОз в системе Naz0 — А!20з выделить невозможно, оно сосуществует с соединением

Р-Aiz03 (стехиометрическая формула

Иди,11Alz03). ЯВЛЯющимся проводником

„„59„„1772847 А1 (54) ТВЕРДЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ (57) Использование: химические источники тока, ионные фильтры, датчики активности, Сущность изобретения: твердый электролит содержит оксид бария, оксид ванадия и оксид лантана. Наличие в электролите оксидов ванадия и лантана позволяет получить высокую селективную по ионам бария электропроводность в интервале 700 — 1000 С пои парциальном давлении кислорода 10

1 атм. 1 табл., 3 пр. по ионам Иа, Заместить полностью Р Я

Aiz0g невозможно. В работе t3) показано, что можно провести лишь ионное замещение лития в Li-P-АЬОз на ионы бария при а

495 С за 4 дня, причем максимальное содержание бария составляет 0,3 на моль А1220з4, и проводимость соединения смешанная.

Поэтому недостатком замещенного барием

Р- AfzGs является наличие наряду с проводимостью по барию высокой проводимости 4 по натрию.

Наиболее близким аналогом является

xeeppea saeaspoaes(Ba us Ala.ss Tls,|401н) на,ян основе оксида бария — соединение с высокой проводимостью по ионам бария при

20 С вдоль оси Ь (4)(прототип). Недостатком

8a>,òs Aiz,ss Tls,s4 016 является то. что при высоких температурах и низких парциальных давлениях кислорода появляется значительная электронная проводимость, возникающая в результате кислородной не1772847 стехиометрии и изменения валентного сов.а ния ионов титана. что характерно для многих титановых систем (5). Наличие электронной проводимости у любого твердого электролита делает его применение нецелесообразнымм.

Целью изобретения является увеличение проводимости твердого злекролита по ионам бария при высокой температуре и низком парциальном давлении кислорода за счет того, что твердый электролит

Вэз(1 x)LazxV20s, где х=-0.05-0,25. содержит оксиды бария, ванадия и лантана в следующем соотношении (мол. ):

ВаО 60,00-72.15

VzOg 25;32 — 26,67

1 эрОз - 2„53 — 13;ЗЗ

Предлагаемый твердый электролит получают керамическим способом из исходной шихты, состоящей из карбоната бария и оксидов ванадия и лантэка, взятых в нужном соотношении. Исходную шихту растирают со спиртом в течение 25 — 30 мин, прокаливают при температуре 530-550 С в течение 6 — 6,5 ч, Затем продукт вновь растирают со спиртом 15-20 мин и обжигают

25-30 ч при температуре 1000+10 С. Полученный поликристаллический материал формуют и спекают в виде изделий различной формы для применения в качестве твердого электролита в различных электрохимических устройствах (ионные фильтры, датчики активности, ХИТ}, В настоящее время из научно-технической и патенткой литературы не известен твердый электролит предлагаемого состава с высокой селективной проводимостью по барию при высокой температуре и низком парциальном давлении кислорода, Пример 1. Берут 56,25 г (72,15 мол, ) карбоната бария ВаСОз.квалификации

"ос.ч.", 18,19 г (25,32 мол.%) оксида вана дия (V) VzOs квалификации "ос.ч,", 16,3 г (2,53 мол. j оксида лантана (1 а Оз) марки

ЛаО-СС. Исходную шихту перетирают со спиртом в течение 30 мин и обжигают при температуре 550 С в алундовом тигле 6 ч.

Затем. охлажденный материал перетирают со спиртом в течение 15 мин и обжигают при температуре 1000" С 30 мик. Полученный поликристаллический материал формуют в виде таблеток диаметром 10 мм и толщи. ной 3 мм при комнатной температуре под давлением 600 кгс/мм . На торцы. таблеток

2 вжиганием платиновой пудры при.1100 С в течение 2 ч наносят электроды, Измерение электропроводности проводят на переменном токе r. частотой 1 кГц. Число переноса по барию (ион) измеряюг методом Тубандта в температурном интервале 700 — 1000 С

Vz0g — 26,67: Laz01 — 13,33. Величина удельной электропроводности (Ом см 1) составляет при

700 С 1,20.10

50 850 C 0,47,10

1000 С 1,34.10

Низкокислородная граница электролитной области (ьон=0.95 1.0) находится в данном интервале температур при 10 атм, 5

40 при давлении кислорода 10 О"--0.21 атм.

Получают твердый электролит состава:

72,15 мол. — ВаО: 25,32 мол. — Чр05;

2,53 мол. — LàzOç. Величина удельной электропроводности составляет (Ом 1 см ) при

7000С 0.40.10

850 С 0,20.10 з

1000 С 0,71,10

В этом температурном интервале нижняя граница электролитной области. т, е. парциальное давление кислорода, выше которого число переноса по ионам бария равно 0.95 — 1,0 равна 10 атм. Верхняя граница электролитной области находится при давлении кислорода больше 1 этм.

Пример 2. Берут 53,29 r (69,23 мол.%) карбоната бария ВаСОз (ос,ч,), 18,19 г (25,64 мол. ) оксида ванадия (V) VzOs(ос,ч.), 3.26 г (5,13 мол. ) оксида лантана LazOg (ЛаО-CC). Твердый электролит готовят по технологии, описанной в примере 1. Измерение электрофизических свойств проводят как описано в примере 1. Получают твердый электролит состава (мол.%: ВаΠ— 69.23:

Vz0s — 25,64; LazOg — 5,13.

Величина удельной электропроводности составляет (Ом cM ") при

700 С0,,83. 10

850 С 0.38.10

1000 С 1,20.10

В этом температурном интервале нижняя граница электролитной области (t ионы

=0,95-1,0) составляет 10 — 10 атм. Верхняя граница электролитной области находится выше 1 атм.

Пример 3. Берут 44,4 г(60,00 мол,%) карбонатэ бария ВаСОз (ос,ч.). 17.19 г (26,67 мол. ) оксида ванадия VzO> (ос.ч.), 8,15 г (13;33 мол. ) оксида лантана LazOg (ЛаО-СС) твердый электролит получают по технологии. описанной в примере 1. Измерение злектрофизических свойств проводят как описано в примере 1. Получают твердый электролит состава (мол,%): Ва0-60,00;

Верхняя граница электролитной области находится при 1 атм.

Составы и электрофизические свойства твердых электролитов, описанных в примерах 1-3, приведены в таблице.

1772847

Состав и электрофизические свойства твердых электролитов .осгавитель И. Леонидов

Техред М.Моргентал Корректор О, Кравцова

Редактор

Заказ 3848 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгррод, ул. Гагарина I 01

Осуществление изобретения позволяет получить твердый электролит с высокой селективной удельной электроп роводностью по ионам бария в интервале температур

700-1000 С пои парциальном давлении кислорода 10 -1,0 атм.

Формула изобретения

Твердый электролит. содержащий оксид бария, отл и ч а ю шийсятем, что, с целью увеличения прпвгдимос.и по ионам бария при высокой т.":.лпс.phtypp. и низк -м:, парциальном давлен 1и кислорода, он д;полнительно содержит оксиды ванлдll (Ъ) и

5 лантана при следующем соотнпш .нии компонентов. мол, Я,: оксид бария 60-. 72.;5; оксид ванадия 25,32 -- 26.67; оксид лантана 2,53--13.33.