Slajd 1 - cerel.eu · Title: Slajd 1 Author: tomek cz Created Date: 1/3/2012 10:26:39 AM

Zastosowanie materiałów perowskitowych wykonanych metodą reakcji w fazie stałej

do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza

Magdalena Gromada, Janusz Świder Instytut Energetyki, Oddział Ceramiki CEREL, ul. Techniczna 1, 36-040 Boguchwała

Janusz Trawczyński Politechnika Wrocławska, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Michał Stępień, Michał Wierzbicki Instytut Energetyki, Pracownia Ogniw Paliwowych, ul. Augustówka 36, 02-981 Warszawa

VIII Konferencja Polskiego Towarzystwa Ceramicznego, Zakopane 22-25.09.2011

http://www.portal.pwr.wroc.pl/index,241.dhtml

O materiałach perowskitowych

Struktura perowskitu [1]

Cechy charakterystyczne perowskitów:

• wysoka stabilność termiczna,

• mobilność tlenu,

• różnorodność pierwiastków zdolnych do tworzenia struktury ABO3.

1. Maciej Stodólny, Perovskite-based materials as an anode for Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs).



O perowskitowych membranach tlenowych

POWIETRZE

TLEN

p’O

2

p”O

2

>

2e-

Membrana tlenowa

O2-

POWIETRZE TLEN

p’O2 p”O

2 >

e-

Membrana tlenowa

O2-

Schemat działania perowskitowej membrany tlenowej



Charakterystyka materiałów perowskitowych: La0,6Sr0,4Fe0,8Co0,2O3+δ (LSCF), Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3+δ (BSCF) i La2Ni0,9Co0,1O4-δ (LNC)

Oczekiwany i rzeczywisty skład chemiczny badanych proszków

Proszek Skład oczekiwany Skład rzeczywisty

LSCF La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 La0,59Sr0,40Co0,19Fe0,80O3

BSCF Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3 Ba0,51Sr0,50Co0,80Fe0,19O3

LNC La2Ni0,9Co0,1O4 La2Ni0,88Co0,11O4

10 20 30 40 50 60 70 80

Inte

nsyw

no

sc, a

.u.

2, stopnie

LSCF proszek

LaCo0,4

Fe0,6

O3 PDF: 44-0361

Widma XRD proszków LSCF, BSCF oraz widma referencyjne

10 20 30 40 50 60 70 80

Inte

nsyw

no

sc, a

.u.

2 , stopnie

Ba0.5

Sr0.5

Co0.8

Fe0.2

O3-x

PDF: 055-0563

BSCF proszek

BSCF proszek:

a=3,9779(6) A

=90o

V=62,94 A3

dXRD

= 58 nm



10 20 30 40 50 60 70 80

Inte

nsyw

no

sc, a

.u.

2 , stopnie

LNC proszek

La2NiO

4 PDF: 27-1180

LNC proszek:

a=b=3,8622(9) A

c=12,625(4) A

=90o

V=188,32 A3

dXRD

= 85 nm

Widmo XRD proszku LNC oraz widmo referencyjne

Proszek SBET, m2/g

Objętość porów, cm3/g

Średni promień porów, nm

LSCF 2,4 0,001 1,4

BSCF 1,1 0,001 1,8

LNC 1,5 0,002 1,6

Powierzchnia właściwa i inne cechy tekstury proszków perowskitowych


Charakterystyka materiałów perowskitowych: La0,6Sr0,4Fe0,8Co0,2O3+δ (LSCF), Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3+δ (BSCF) i La2Ni0,9Co0,1O4-δ (LNC)


Charakterystyka granulatów z proszków perowskitowych

Granulat SBET, m2/g

Objętość porów, cm3/g

Średni promień porów, nm

LSCF 2,5 0,002 1,7

BSCF 1,5 0,001 1,6

LNC 2,8 0,004 2,1

Powierzchnia właściwa i inne cechy tekstury granulatów perowskitowych

10 20 30 40 50 60 70 80

LNC granulat

La2NiO

4 PDF: 27-1180

Inte

nsyw

no

sc, a

.u.

2 , stopnie

LNC granulat:

a=b=3,8685(2) A

c=12,645(2) A

=90o

V=189,24 A3

dXRD

= 75 nm

Widmo XRD granulatu LNC oraz widmo referencyjne



Charakterystyka spieków z materiałów perowskitowych

Pastylki z perowskitu LNC o wymiarach Ø9,7x1,3 mm po wypaleniu

Spiek Nasiąkliwość

wodą, %

Gęstość pozorna, g/cm3

Porowatość pozorna, %

Gęstość teoretyczna, g/cm3 [2-4]

Wskaźnik gęstości pozornej do

teoretycznej, %

LSCF 0,07 6,23 0,43 6,27 99,4

BSCF 0,02 5,13 0,09 5,81 88,3

LNC 0,05 6,90 0,37 7,01 98,4

Gęstość pozorna, nasiąkliwość wodą i porowatość pozorna pastylek oraz gęstość teoretyczna

Pastylka Skład oczekiwany Skład rzeczywisty LSCF La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 La0.60Sr0.41Co0.19Fe0.80O3 BSCF Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 Ba0.48Sr0.51Co0.80Fe0.18O3 LNC La2Ni0.9Co0.1O4 La2Ni0.89Co0.10O4

Oczekiwany i rzeczywisty skład chemiczny badanych pastylek



10 20 30 40 50 60 70 80

LSCF pastylka:

uklad krystalograficzny: rombowy

grupa przestrzenna: Ibam (72)

a=5,462(2)A

b=5,510(2)A

c=7,748(6)A

=90o

d XRD

=24 nm

2, stopnie

Inte

nsyw

no

sc,

a.u

.

LSCF pastylka

Co0,4

Fe0,6

LaO3 PDF: 44-0361

Widma XRD pastylek LSCF, BSCF i LNC oraz widma referencyjne

10 20 30 40 50 60 70 80

Ba0.5

Sr0.5

Co0.8

Fe0.2

O3-x

PDF: 055-0563

pastylka BSCF

BSCF pastylka:

uklad krystalograficzny: regularny

grupa przestrzenna: Pm-3m (221)

a=3,9919(4) A

=90o

V=63,61 A3

d XRD

=55 nm

2 , stopnie

Inte

nsyw

no

sc,

a.u

.

10 20 30 40 50 60 70 80

Inte

nsyw

no

sc, a

.u.

2 , stopnie

LNC pastylka:

a=b=3,8726(3) A

c=12,647(2) A

=90o

V=189,67 A3

dXRD

= 71 nm

LNC pastylka

La2NiO

4 PDF: 34-0314





Obraz SEM (BSE) powierzchni pastylek LSCF, BSCF i LNC

LSCF BSCF

LNC



Belki z perowskitu LNC po wypaleniu

Belka

Wytrzymałość na zginanie Rg,

MPa

Współczynnik rozszerzalności

liniowej, 1/K

LSCF 185 15,2.10-6

BSCF 57 18,8.10-6

LNC 191 13,7.10-6

Wytrzymałość na zginanie i współczynnik rozszerzalności cieplnej tworzyw perowskitowych




Wykonanie membran płaskich z perowskitów LSCF, BSCF i LNC

Gęsta cienka membrana z perowskitu LNC po wypaleniu i oszlifowaniu

Gęsta cienka membrana z perowskitu BSCF z cienką porowatą warstwą

Cienka gęsta membrana LNC na porowatym podłożu



Przeprowadzenie badań strumienia przenikania tlenu przez membrany


Wpływ zmiany strumienia helu na gęstość strumienia tlenu w temperaturze 950oC dla membrany BSCF

Strumień przenikania tlenu w zależności od temperatury


Podsumowanie

Metoda reakcji w fazie stałej umożliwia otrzymanie proszków perowskitowych o właściwościach odpowiednich do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza. Wytypowano mieszany tlenek Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3+δ jako najlepiej rokujący materiał do wytwarzania membran. Uzyskanie korzystniejszej mikrostruktury membrany Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3+δ spowoduje zwiększenie przewodnictwa jonów tlenu. Zostanie wykonana synteza materiałów perowskitowych metodą spray pyrolysis.


Instalacja do wytwarzania proszków metodą spray pyrolysis


Dziękuję za uwagę



Slajd 1 - cerel.eu · Title: Slajd 1 Author: tomek cz Created Date: 1/3/2012 10:26:39 AM

Documents

Transcript of Slajd 1 - cerel.eu · Title: Slajd 1 Author: tomek cz Created Date: 1/3/2012 10:26:39 AM