Исследование стабильности микротрубчатых мембран на основе Ba0.5Sr0.5Co0.8 – xFe0.2MoxO3 – δ-оксидов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Представленная статья посвящена исследованию стабильности микротрубчатых мембран на основе Ba0.5Sr0.5Co0.8 – xFe0.2MoxO3 – δ -оксидов, полученных методом фазовой инверсии. В работе показано, что МТ-мембраны состава BSCFMx проявляют долговременную стабильность и устойчивость к термоциклированию в градиенте воздух/гелий. Максимальные кислородные потоки были достигнуты при использовании МТ-мембраны состава Ba0.5Sr0.5Co0.75Fe0.2Mo0.05O3 – δ (JO2 = 7.6 мл см-2мин-1 при T = 850 oС и pO2.1 = 0.21 атм). В работе получена детальная равновесная фазовая диаграмма для BSCFM5-оксида. Продемонстрировано отсутствие нежелательных фазовых переходов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. В. Шубникова

Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: artimonovalena@yandex.ru
Россия, Новосибирск

О. А. Брагина

Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН

Email: artimonovalena@yandex.ru
Россия, Новосибирск

A. П. Немудрый

Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН

Email: artimonovalena@yandex.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Shao, Z., Yang, W., Cong, Y., Dong, H., Tong, J., and Xiong, G., Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 − δ Shao, Z.P. and Haile, S.M., A high-performance cathode for the next generation of solid-oxide fuel cells, Nature, 2004, vol. 431, p. 170. doi: 10.1038/nature02863
  2. Yaremchenko, A.A., Patrakeev, M.V., Naumovich, E.N., and Khalyavin, D.D. p(O2) - T stability domain of cubic perovskite Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 − δ, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, vol. 20, p. 4442. doi: 10.1039/C7CP07307K
  3. Efimov, K., Xu, Q., and Feldhoff, A., Transmission Electron Microscopy Study of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 − δ Perovskite Decomposition at Intermediate Temperatures, Chem. Mater., 2010, vol. 22, p. 5866. doi: 10.1021/cm101745v
  4. Shubnikova, E.V., Bragina, O.А., and Nemudry, A.P., Mixed conducting molybdenum doped BSCF materials, J. Industrial and Engineering Chem., 2017, vol. 59, p. 242. doi: 10.1016/j.jiec.2017.10.029
  5. Gasparyan, H., Claridge, J.B., and Rosseinsky, M.J., Oxygen permeation and stability of Mo-substituted BSCF membranes, J. Mater. Chem., 2015, vol. 3, p. 18265. doi: 10.1039/C5TA04046A
  6. Shubnikova, E.V., Popov, M.P., Bychkov, S.F., Chizhik, S.A., and Nemudry, A.P., The modeling of oxygen transport in MIEC oxide hollow fiber membranes, Chem. Engineering J., 2019, vol. 372, p. 251. doi: 10.1016/j.cej.2019.04.126
  7. Popov, M.P., Starkov, I.A., Bychkov, S.F., and Nemudry, A.P., Improvement of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 − δ functional properties by partial substitution of cobalt with tungsten, J. Membr. Sci., 2014, vol. 469, p. 88. doi: 10.1016/j.memsci.2014.06.022
  8. Wan, Z., Kathiraser, Y., Soh, T., and Kawi, S., Ultra-high oxygen permeable BaBiCoNb hollow fiber membranes and their stability under pure CH4 atmosphere, J. Membrane Sci., 2014, vol. 465, p.151. doi: 10.1016/j.memsci.2014.04.025
  9. Leo, A., Motuzas, J., Yacou, C., Liu, S., Serra, J.M., Navarrete, L., Drennan, J., Julbe, A., and Diniz da Costa, J.C., Copper oxide - perovskite mixed matrix membranes delivering very high oxygen fluxes, J. Membrane Sci., 2017, vol. 526, p. 323. doi: 10.1016/j.memsci.2016.12.035
  10. Popov, M.P., Bychkov, S.F., and Nemudry, A.P., Direct AC heating of oxygen transport membranes, Solid State Ionics, 2017, vol. 312, p. 73. doi: 10.3390/en13010030
  11. Starkov, I.A., Bychkov, S.F., Chizhik, S.A., and Nemudry, A.P., Oxygen release from grossly nonstoichiometric SrCo0.8Fe0.2O3 − δ perovskite in isostoichiometric mode, Chem. Mat, 2014, vol. 26(6), p. 2113. doi: 10.1021/cm4040775
  12. Chizhik, S.A. and Nemudry, A.P., Nonstoichiometric oxides as a continuous homologous series: linear free-energy relationship in oxygen exchange, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, vol. 20, p. 18447. doi: 10.1039/C8CP02924E
  13. Demont, A., Sayers, R., Tsiamtsouri, M.A., Romani, S., Chater, P.A., Niu, H., Martí-Gastaldo, C., Xu, Z., Deng, Z., Bréard, Y., Thomas, M.F., Claridge, J.B., and Rosseinsky, M. J., Single sublattice endotaxial phase separation driven by charge frustration in a complex oxide, J. Amer. Chem. Soc., 2013, vol. 135, p. 10114. doi: 10.1021/ja403611s
  14. Shin, F., Xu, W., Zanella, M., Dawson, K., Savvin, S.N., Claridge, J.B., and Rosseinsky, M. J., Self-assembled dynamic perovskite composite cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells, Nature Energy, 2017, vol. 2, p. 1624. doi: 10.1038/nenergy.2016.214
  15. Popov, M.P., Bychkov, S.F., Bulina, N.V., and Nemudry, A.P., In situ high-temperature X-Ray diffraction of hollow fiber membranes under operating conditions, J. European Ceram. Soc., 2019, vol. 39, p. 1717. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.12.008

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. а, б, в – СЭМ-изображения поперечного сечения МТ-мембраны BSCFM5, изготовленной с помощью метода фазовой инверсии; г – СЭМ-изображение МТ-мембраны BSCFM5 после испытаний.

Скачать (424KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгенограммы МТ-мембран состава BSCFMx (x = 0; 2, 5, 10%) до (1) и после (2) испытаний, фаза двойного перовскита (Ba/Sr)CoMoO6 обозначена *.

Скачать (83KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Исследования долговременной стабильности: зависимость потоков кислорода через МТ BSCFMx-мембраны от времени. Условия эксперимента: T = 850 оС; парциальное давление с внешней (питающей) стороны 0.21 атм.

Скачать (80KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость кислородных потоков BSCFM5-мембраны от времени в циклах нагрев–охлаждение в температурном интервале 600–850 оС (а), увеличенный фрагмент термоциклирования (б). Условия эксперимента: парциальное давление с внешней стороны 0.21 атм, скорость нагрева образца при циклировании 35о/мин; общий расход смеси кислорода и азота 150 мл/мин; расход гелия 90 мл/мин.

Скачать (216KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Равновесная диаграмма “3-δ – lg (pO2) - T” для BSCFM5-оксида. ● – данные, полученные из термогравиметрических экспериментов (а). Трехмерная визуализация фазовой диаграммы “3 – δ – lg (pO2) - T” для BSCFM5 (б).

Скачать (171KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость параметров элементарной ячейки оксида BSCFM5 от парциального давления кислорода при T = 850 и 900 оС в области фазового перехода “P1-P2”.

Скачать (79KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024