Эксπир
Регистрация / Вход

Создание ионопроводящей наноструктурной оксидной керамики для высокотемпературных электрохимических устройств

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
26.11.2007 - 30.11.2007
Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011 – 96.
В результате изучения и анализа отобранных источников выявлен технический уровень аналогичной продукции, определены тенденции развития данного вида техники на современном этапе ее развития.
Проведен анализ научно-технической литературы и выявлены перспективные направления исследования по создание ионопроводящей наноструктурной оксидной керамики для высокотемпературных электрохимических устройств.
Развернуть
2
01.12.2007 - 31.12.2007
1. Цель работы:
Исследование процессов получения керамики на основе диоксида циркония с наноструктурой и фазовым составом, обеспечивающими повышение вязкости разрушения в 2,0 раза, термостойкости по перепаду температур в 1,5-2,0 раза, и обладающей ионопроводящими свойствами, необходимыми для применения в высокотемпературных электрохимических устройствах различного назначения (ВТЭХУ).
2. Результаты и краткое описание проведенных работ.
Проведен анализ конструктивных особенностей ВТЭХУ с твердым электролитом на основе диоксида циркония. Задача совершенствования ВТЭХУ заключается в получении электрохимических элементов с высокой удельной плотностью тока и высокой степенью использования потенциала топлива. Выявлено основное направления решения этой задачи - это использование очень тонких монолитных керамических структур толщиной менее 300 мкм, для изготовления которых используются технологии литья керамической пленки.
Проведено исследование по изучению свойств порошков и материалов на их основе в зависимости от способа получения нанокристаллических порошков диоксида циркония. Проведенное исследование выявило, что порошок диоксида циркония производства ОНПП «Технология», полученный методом химического осаждения из растворов хлористых солей, является наиболее приемлемым для практического применения получения твердых электролитов для ВТЭХУ. Разработана методика проведения исследования «состав - свойства нанопорошка – наноструктура керамики – свойства изделия », которая является начальным этапом в разработке ионопроводящей керамики для ВТЭХУ в рамках данного проекта.
Развернуть
3
01.01.2008 - 31.05.2008
Проведен анализ конструктивных особенностей ВТЭХУ с твердым электролитом на основе диоксида циркония. Задача совершенствования ВТЭХУ заключается в получении электрохимических элементов с высокой удельной плотностью тока и высокой степенью использования потенциала топлива. Выявлено основное направления решения этой задачи - это использование очень тонких монолитных керамических структур толщиной менее 300 мкм, для изготовления которых используются технологии литья керамической пленки.
Проведены исследования влияния свойств исходных нанокристаллических порошков ZrO2, степени его агломерированности на создание наноструктур (50-100 нм) в керамическом материале на основе диоксида циркония для высокотемпературных электрохимических устройств (ВТЭХУ). Исследования были проведены по ранее разработанной методике (ПМ 596.1675 – 2007) проведения исследований корреляционной зависимости «состав - свойства нанопорошка – наноструктура керамики – свойства изделия ». В результате исследования получены образцы керамики на основе диоксида циркония с наноструктурой и фазовым составом, обеспечивающими повышение вязкости разрушения в 2,0 раза, термостойкости по перепаду температур в 1,5-2,0 раза по сравнению с аналогичной керамикой с макроструктурой (3-10мкм).
Оптимизированы технологические параметры химического осаждения порошков на основе ZrO2 с применением реакционного аппарата: температура проведения реакции осаждения, время гелирования осажденных осадков. Выбран способ удаления жидкой фазы из осадков совместноосажденных гидроксидов циркония и иттрия.
Проведено исследование по изучению влияния содержания стабилизирующего оксида на степень агломерированности наночастиц ZrO2 и на создание наноструктур (50-100 нм) в керамическом материале.
Развернуть
4
01.06.2008 - 31.10.2008
Проведен анализ конструктивных особенностей ВТЭХУ с твердым электролитом на основе диоксида циркония. Задача совершенствования ВТЭХУ заключается в получении электрохимических твердооксидных элементов с высокой удельной плотностью тока и высокой степенью использования потенциала топлива. Выявлено основное направления решения этой задачи - это использование очень тонких монолитных керамических структур толщиной 300-500 мкм, для изготовления которых используются керамические пленки.
В результате выполнения работ в июне-октябре 2008 г. (4 этап) получены следующие результаты:
- проведены исследования по изучению степени влияния наноструктур (50-100 нм) на термомеханические и проводящие свойства керамики на основе частично-стабилизированного диоксида циркония (ЧСДЦ) и полностью стабилизированного диоксида циркония (СДЦ) для высокотемпературных электрохимических устройств (ВТЭХУ);
-разработана методика экспериментальных исследований измерения ионопроводящих свойств макетных образцов твердых электролитов. Изготовлены макетные образцы твердых электролитов ВТЭХУ в виде образцов (чертежи ОТИ1313.002, ОТИ 1330.010, ОТИ1330012) и втулок (ОТИ1330Э). Разработана программа исследовательских испытаний. Были проведены исследовательские испытания макетных образцов.
В результате испытаний выявлено, что технические характеристики керамики – размер зеренной структуры, плотность относительная, пористость, вязкость разрушения (критический коэффициент интенсивности напряжений), термостойкость по перепаду температур, устойчивость к воздействию высоких температур до 1000° С, удельное электросопротивление при температуре 1000оС – соответствуют требованиям технического задания контракта.
В результате проведенной научно-исследовательской работы, обобщения и оценки полученных результатов разработан проект технического задания на ОКР на тему «Разработка и создание производства параметрического ряда генераторов особо чистого кислорода на основе электрохимических устройств с твердым оксидным электролитом». Целью ОКР является разработка полного цикла технологий изготовления и организация опытно-промышленного производства керамических твердых электролитов для электрохимических устройств в виде керамических пленок. Разработанный проект технического задания был направлен на формирование лота в блок ФЦП: «Разработка технологий» по приоритетному направлению «Энергетика и знергосбережение» мероприятия 2.6 в критической технологии «Водородные технологии» на 2009-2010 год.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Технологии и оборудование для производства деталей машин из наноструктурных оксидных керамик, работающих в экстремальных условиях эксплуатации.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка метода получения тугоплавкого оксидного монокристаллического материала для создания высокотемпературного массочувствительного пьезорезонансного сенсора.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
16,7 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка основ технологии производства и использования водорода на основе высокотемпературных твердооксидных электрохимических обратимых систем.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка плазмохимических методов синтеза многокомпонентных наноструктурных электрокатализаторов на наноуглеродном носителе со сниженным содержанием металлов платиновой группы и высоким ресурсом работы для низкотемпературных электрохимических систем.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 20 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Количество заявок
3
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований по разработке методов создания мембран и мембранных устройств для электрохимических систем.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 21 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
6