Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Przewodnictwo protonowe w sieciach metalo-organicznych : nowe możliwości w technologii ogniw paliwowych

Szufla M.

Wiadomości Chemiczne

|

2018

|

[Z] 72, 3-4

147--163

EN

Nowadays energy demands are huge and still increasing. This fact drives the search for modern technologies which are economically advantageous and environmentally friendly. A fuel cell technology is one of many solutions and hydrogen fuel cells are especially important. The essential element of such a cell is the electrolytic membrane which makes proton transfer possible. In this article, selected examples of metal-organic frameworks (MOFs) that can be used as proton-conducting membranes are described. Porous structure of such materials as well as the existence of proton-donating and accepting groups on their pore walls allow for creation of hydrogen bonding network enabling the proton hopping (Grotthuss’s conduction mechanism). The conduction can also occur on the way of diffusion of bigger ions, e.g. H3O+ (vehicular conduction mechanism) Proton conducting MOFs can be divided according to temperature in which these materials can operate. There are two regimes – below 100°C – conductivity in MOFs is aided by the presence of water molecules, and above 100°C – conductivity does not depend on humidity. Important group among MOFs conductive under low-temperature conditions are oxalate-based frameworks. Taking into account synthetic methods, interesting case is the MOF reported by Matoga and co-workers, which was obtained on the way of economically and environmentally friendly mechanosynthesis. High proton conductivity in metal-organic frameworks can be achieved not only when channels are filled with water molecules but also by introduction of non- -volatile organic compounds to framework voids or by incorporating them into the framework. Imidazole, 1,2,4-triazole, pyrazoline or histamine may play the role of such compounds. Remarkable examples of this strategy include the MOF reported by Kitagawa and co-workers, where 1,2,4-triazole molecules are incorporated into the framework as well as the material in which proton conduction occurs owing to the presence of imidazole guest molecules.

2

Kompozytowe elektrody dla ogniw SPCFC

Skubida W., Cichy K., Świerczek K.

Materiały Ceramiczne

|

2018

|

T. 70, nr 2

138--151

PL

Celem niniejszej pracy było opracowanie kompozytowych elektrod dla ogniw SPCFC (ang. symmetrical proton ceramc fuel cell). W pracy zaprezentowano wyniki badań strukturalnych dwóch związków zsyntezowanych metodą wysokotemperaturowej reakcji w fazie stałej: materiału elektrolitowego Ba0,9La0,1Zr0,25Sn0,25In0,5O3−δ oraz elektrodowego SrFe0,75Mo0,25O3-δ. Niezależnie od warunków syntezy, oba tlenki przyjęły strukturę krystaliczną perowskitu prostego (grupa przestrzenna Pm-3m). Na drodze wysokotemperaturowych pomiarów dyfrakcyjnych wykazano również, że symetria Pm-3m dla obu związków utrzymuje się w całym analizowanym zakresie temperatur, tj. od 25 °C do 900 °C. Wartości współczynników rozszerzalności termicznej wyniosły dla elektrolitu i elektrody odpowiednio 12,4(2)∙10-6 K-1 i 18,5(4)∙10-6 K-1. Przedstawione zostały również wyniki elektrochemicznych pomiarów przewodnictwa gęstego spieku materiału elektrolitowego (ponad 95% gęstości teoretycznej) oraz ogniwa z kompozytowymi elektrodami w układzie symetrycznym, skonstruowanego w oparciu o badane materiały ceramiczne. Badania przeprowadzono w atmosferach nawilżonego powietrza syntetycznego i mieszaniny

EN

The main aim of this work was to develop composite electrodes for SPCFC (Symmetrical Proton Ceramic Fuel Cell). The paper presents the results of structural studies of two compounds synthesized by the solid state high-temperature reaction: electrolyte Ba0.9La0.1Zr0.25Sn0.25In0.5O3-δ and electrode SrFe0.75Mo0.25O3-δ. Regardless of the synthesis conditions, both oxides adopted the cubic perovskite crystalline structure (space group Pm-3m). By means of high-temperature diffraction measurements, it was also shown that Pm-3m symmetry for both compounds is maintained throughout the analyzed temperature range, i.e. from 25 °C to 900 °C. The values of coefficients of thermal expansion were calculated to be 12.4(2)∙10-6 K-1 and 18.5(4)∙10-6 K-1 for the electrolyte and the electrode, respectively. The results of electrochemical measurements of conductivity of dense electrolyte material sinter (above 95% of theoretical density) and a cell with composite electrodes in a symmetrical system constructed on the basis of studied ceramics are also presented. The tests were carried out in atmospheres of humidified synthetic air and Ar/H2 mixture. The total cell conductivity was 3.80•10-4 S•cm-1 at 500 °C.

3

Struktura, spiekalność i właściwości transportowe protonowo przewodzących ceramik Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ (Ln: wybrane lantanowce)

Skubida W., Olszewska A., Niemczyk A., Cichy K., Zientara D., Świerczek K.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 1

18--27

PL

Niniejsza praca przedstawia analizę wybranych właściwości fizykochemicznych niestechiometrycznych tlenków perowskitowych z grupy Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ (gdzie Ln: La, Pr, Gd), wykazujących w nawilżonej atmosferze w temperaturach rzędu 400 °C i więcej przewodnictwo protonowe. Dokonano doboru składu chemicznego materiałów z rozważanej grupy, uwzględniając wartość współczynnika tolerancji Goldschmidta t, oczekiwaną wielkość niestechiometrii w podsieci tlenu δ oraz różnicę elektroujemności pomiędzy pierwiastkami obsadzającymi podsieci kationowe A i B w ABO3-δ. Wyniki pomiarów materiałów jednofazowych wykonane metodą rentgenografii strukturalnej z analizą Rietvelda pozwoliły w szczególności na określenie korelacji pomiędzy składem chemicznym, temperaturą wygrzewania i strukturą krystaliczną oraz rozmiarem krystalitów. Ponadto określono wpływ temperatury kalcynacji i dodatku In2O3 lub lepiszcza organicznego na spiekalność Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ. Pomiary właściwości transportowych wybranych materiałów, wykonane w różnych atmosferach, tj. powietrza suchego i powietrza nawilżanego 3% obj. H2O lub D2O, umożliwiły wyznaczenie składowej protonowej przewodnictwa elektrycznego. Uzyskane wyniki wskazują na potencjalną możliwość zastosowania rozważanych związków jako elektrolitów lub materiałów elektrodowych w przewodzących protonowo ogniwach typu SOFC lub elektrolizerach SOEC.

EN

This paper presents analysis of selected physicochemical properties of non-stechiometric perovskite-type oxides from the Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ group (where Ln: La, Pr, Gd) that in a humidified atmosphere at high temperatures around 400 °C and more show proton conductivity. Selection of chemical composition in the considered group was done by taking into account the calculated Goldschmidt’s tolerance factor, the expected oxygen non-stoichiometry and the difference of the electronegativity between the B- and A-site cations in ABO3-δ. In particular, the obtained results for single-phase materials using X-ray diffraction with Rietveld analysis made it possible to determine the correlation between the chemical composition, annealing temperature, crystalline structure and the grain size in the considered group of oxides. Moreover, the influence of calcination temperature and addition of In2O3 or organic binder on sinterability of the samples was determined. Transport properties measurements of selected materials, which were carried out in different atmospheres (i.e. dry air, wet air with 3 vol.% H2O or D2O) allowed us to determine proton component of the conductivity. The obtained results indicate a potential application of the studied compounds as electrolytes or electrode materials in proton-conducting solid oxide fuel cells (SOFC) or electrolysers (SOEC).