See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7791
ETF7791 (ETF7791) "Tahkeoksiidse kütuseelemendi nanopoorsete elektroodide süntees ja uurimine (1.01.2009−31.12.2012)", Enn Lust, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Keemia Instituut, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond.
ETF7791
Tahkeoksiidse kütuseelemendi nanopoorsete elektroodide süntees ja uurimine
Development of nanoporous electrodes for solid oxide fuel cells
1.01.2009
31.12.2012
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP401 Elektrokeemia 1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2009−31.12.2009322 560,00 EEK (20 615,34 EUR)
01.01.2010−31.12.2010322 560,00 EEK (20 615,34 EUR)
01.01.2011−31.12.201118 348,00 EUR
01.01.2012−31.12.201218 348,00 EUR
77 926,68 EUR

Sünteesitakse kõrge aktiivsusega suure eripinnaga segatüüpi juhtivusega erinevate aktivaatoritega aktiveeritud haruldaste muldmetallide oksiididest katoodid ja Ni?tsermet keraamilised (Ni?Ce1-xGdxO2-d) anoodid kõrgtemperatuursete tahkeoksiidsete kütuseelementide ühikrakkude valmistamiseks. Lähtematerjalide sünteesiks kasutatakse tahkete oksiidide vahelise reaktsiooni ja lahustatud nitraatide termilise lagundamise meetodeid, mille tulemusel saadakse erineva osakeste suuruse ja poorsusega lähte-oksiidid: La1-xSrxCoO3-d, Pr1-xSrxCoO3-d ja Gd1-xSrxCoO3-d, mille eripind võib olla suurem kui 150 m2 g-1 (d iseloomustab hapniku mittestöhhiomeetriat võres). Materjalide füüsikalisi omadusi uuritakse gaaside adsorptsiooni kirjeldavate kaasaegsete mudelite ja teoreetiliste lähenduste abil ning SIMS, XRD, XPS, TEM, SEM-EDX, Raman, ex situ AFM ja STM meetoditega. Tehakse kindlaks pooride jaotusfunktsiooni, nano- ja mesopooride ruumala ja pindala väärtused. Uuritakse erinevate poorimoodustajate mõju materjalide makropoorsusele. Saadud parameetreid võrreldakse impedantsspektroskoopia, tsüklilise voltamperomeetria, kronoamperomeetria, kronopotentsiomeetria meetoditel leitutega, analüüsides poorsuse ja kristallstruktuuri ning võredefektide kontsentratsiooni mõju materjalide elektron- ja ioonjuhtivuse, elektrokatalüütilise aktiivsuse, adsorptsiooni/desorptsiooni vahetuskiiruse ja massiülekandekoefitsiendi väärtustele. Teostatakse samaaegsed sekundaarioonide massspektroskoopia ja kulonomeetrilise tiitrimise kõrgtemperatuursed uuringud, et selgitada välja katoodide keemilise koostise ja nano-meso-makropoorsuse mõju adsorptsioonile, massiülekande ja laenguülekande limiteerivate staadiumidele ja hapniku ioonide mittestöhhiomeetrilisusele. Saadud eksperimentaalset materjali võrreldakse modelleerimise andmetega, mis teostatakse erinevate lähenduste alusel (näit. Hartree-Fock-DFT LCAO lähendus kombineerituna pseudopotentsiaalide avaldise jt parameetritega). Arvutuste tulemusena püütakse eraldada pooride sisemuses, poorse elektroodi pinnal ning tahkes faasis toimuvate protsesside karakteristikud. Kasutades CeO2 baasil sünteesitud aktiveeritud ioonjuht-elektrolüüte (Ce1-xGdxO2-d ja Ce1-xSmxO2-d) valmistatakse ühikrakud ja testitakse nende ajalist stabiilsust pideva temperatuuri ja polarisatsiooni pulsatsiooni ning O2, CH4, C2H5OH ja H2 erinevate partsiaalrõhkude tingimustes.
Highly active mixed conducting rare earth metal oxide cathodes and Ni-cermet (Ni-Ce1-xGdxO2-d) anodes will be synthesized and studied using Brunauer-Emmett-Teller (BET) and other gas adsorption/desorption and electrochemical methods and fitting models, as well as XRD, XPS, SAXS, SEM-EDX, TEM, HRTEM, Raman, SIMS, ex situ AFM/STM methods (d is oxygen unstoichiometry in lattice). The raw nanopowders La1-xSrxCoO3-d, Pr1-xSrxCoO3-d, Gd1-xSrxCoO3-d with very large specific surface area (SBET >150 m2 g-1), narrow pore size distribution, high micro- and meso-pore volume and surface area values will be synthesised, using solid state reaction and soluble nitrate thermal decomposition methods. The effect of the pore forming agent addition into the raw cathode paste to increase the macroporosity of the cathode will be analysed. These data will be compared with the data obtained by cyclic voltammetry, chronoamperometry and chronopotentiometry, constant current charged/discharged and electrochemical impedance methods. The simultaneous coulonometric titration and SIMS methods will be applied to obtain the oxygen ionic exchange rate, diffusion coefficient values and stoichiometry under real working conditions (i.e. under cathodic polarization and O2 overpressure). Compact ion conducting doped ceria based electrolytes (Ce1-xGdxO2-d and Ce1-xSmxO2-d) will be synthesized and tested in combination with different cathodes and anodes under various electrochemical conditions. Large scale first principle computer calculations will be made in cooperation with various research centres to characterize the charge transfer and electroreduction processes at the so called atomic level. The surface processes, processes inside the nano- and mesopores and processes inside the mixed conducting cathode and anode materials will be separated and analyzed in detail. Surface active binding sites will be modelled. The physical characteristics of materials and electrochemical properties will be correlated with the calculated data (HF-DFT LCAO). Various single cells will be completed and tested under long-lasting temperature and potential cyclation conditions to obtain the degradation rate and characteristics of cells. The physical reasons for degradation of cathodes, anodes and electrolytes will be analyzed. The applicability conditions for various fuels (H2, CH4, C2H5OH) will be established.