See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8865
ETF8865 "Uudsed keraamilised prootonjuhtmembraanid tahkeoksiidsetele elektrolüüseritele (1.01.2011−31.12.2015)", Gunnar Nurk, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Keemia Instituut.
ETF8865
Uudsed keraamilised prootonjuhtmembraanid tahkeoksiidsetele elektrolüüseritele
Novel ceramic proton conductive membranes for solid oxide electrolysis cell
1.01.2011
31.12.2015
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)50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT153 Keraamilised materjalid ja -pulbrid 2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.201111 040,00 EUR
01.01.2012−31.12.201211 040,00 EUR
01.01.2013−31.12.201311 040,00 EUR
01.01.2015−31.12.201511 040,00 EUR
44 160,00 EUR

Projekti eesmärgiks on väga hea prootonjuhtivusega ja keemiliselt stabiilsete membraanide süntees kõrgtemperatuursele tahkeoksiidelektrolüüserile ja uute segafaasiliste oksiidsete prootonjuht-komposiitmaterjalide struktuur-omadussõltuvuse teooria arendamine. Selleks sünteesitakse perovskiitsed dopeeritud tseraadid, tsirkonaadid ja titanaadid, kasutades mitmeid sünteesimeetode (näiteks nn. nitraatsüsntees, tahke faasi süntees ja erinevaid vaakumaurustustehnikaid), karakteriseeritakse saadud oksiidikilesid mitmekülgselt erinevate struktuur – ja pinnaanalüüsi meetoditega, ning kombineeritakse vastavaid puhtsaid oksiide omavahel kahekomponendilistes segudes erinevates struktuursetes konformatsioonides (kahe oksiidi segud, kihilised oksiidid, ühe oksiidifaasi terad teise oksiidi maatriksis). Erilist tähelepanu pööratakse kahe oksiidifaasi piirpinnal toimuvate protsesside uurimisele. Sel eesmärgil disainitakse spetsiaalsed juhtivuskatsed mille käigus määratakse uuritavate süsteemide juhtivused nii läbi faasidevahelise piirpinna kui ka piki kihiliste oksiidide kihte. Selgitatakse välja piirpinna osakaal summarses membraanikihi juhtivuses. Lisaks nii struktuur kui pinnaanalüüsi meetoditele karakteriseeritakse nii puhtaid lätheoksiide kui ka komposiitseid membraane nii termogravimeetriliselt (määrates vee dissotsiatiivse absorptsiooni määra ja kineetikat) kui ka elektrokeemiliselt, kasutades nii impedantsi sagedusest sõltuvuse, kui ka Van der Pauw meetodit kombineerituna impedantsanalüüsiga membraanikihtide juhtivuste määramiseks ning erinevate juhtivusmehhanismide eraldamiseks kihiliste elektroodide korral. Faaside piirpindadel aset leida võivad oksiidikatioonide oksüdatsiooniastme muutused detekteeritakse röntgenabsorptsioonspektroskoopiliselt. Karakteriseeritud membraanidest parimaid kasutatakse elektrolüüseri ühikrakkude valmistamiseks. Määratakse valmistatud ühikrakkude prootonjuht – ja keemiliste omaduste ajaline stabiilsus.
The aim of the project is to synthesize new proton conductive and chemically stable membranes for solid oxide electrolysis cell and to improve the theory of electrical properties of composite oxide materials and interfaces of different oxides. For this purpose cerate, zirconate and titanate perovskite oxide materials with different properties will be synthesized (using different synthesis methods like nitrate synthesis, solid phase synthesis and different sputtering methods) and characterized with various structural and surface analysis methods. Two-component layered oxides as well as oxide mixture layers will be prepared and characterized with special attention on the effect of particle size on the electrical properties. Special conductivity experiments will be designed for measuring the influence of oxide interface on the total proton conductivity properties of layered oxide sheets. Synthesized raw oxides layers as well as composite membranes will be characterized electrochemically, using impedance analysis as well as Van der Pauw method combined with impedance. Kinetics of dissociative absorption of water on studied oxides will be studied and the amount of incorporated water will be detected. Possible changes on the oxidation states of oxide cations on the interface of two oxides will be studied with X-ray absorption spectroscopy. The best membranes will be used for preparation of single cells. Single cells will be mid- or long-term tested at different redox conditions with and without the presence of carbon dioxide.
Konstrueeriti toruahjudel, ultrahelipihustil ja spetsiaalselt disainitud pulbrikogujal baseeruv sünteesisüsteem ja optimeeriti sünteesimeetod keraamilise üttriumdopeeritud baariumtsearaat (BCY) nanopulbri sünteesiks. Sünteesitud nanopulbrist valmistati keraamilised toetavad BCY prootonjuhtmemebraanid. Saadud membraanid karakteriseeriti elektrokeemiliselt ja arvutati aktivatsioonienergiad ja erijuhtivused mis olid lähedased teoreetilistele väärtustele. Hea juhtivusega BCY membraane kasutati mehaanilise toena õhukestele keemiliselt stabiilsetele üttriumdopeeritud baariumtsirkonaadist (BZY) kihtidele, mille eesmärk oli kaitsta BCY membraani CO2 ja H2O eest ja mis sünteesiti kasutades pihustuspürolüüsi- ja magnetronsadestusmeetodit. Pihustuspürolüütiliseks kihtide valmistamiseks ehitati spetsiaalne katmissüsteem ja optimeeriti protsessi parameetrid. Teostati ilma kaitsva kihita ja magnetronsadestatud ning pihustuspürolüüsil sünteesitud kaitsva BZY kihiga BCY membraabide võrdlev elektrokeemiline analüüs. Uuriti termilise töötluse mõju kaitsva BZY kihi mikrostruktuursetele ning elektrokeemilistele ja funktsionaalsetele omadustele BCY membraani keemilise kaitsekihina. Leiti, et magnetronsadestusmeetodil sünteesitud BZY kihi mõju kahekihilise BCY|BZY membraani summarsetele elektrokeemilistele omadustele on väiksem kui pihustuspürolüüsil valmistatud kihi korral, kuna kiht on homogeensem. Pihustuspürolüüsil sünteesitud BZY toorkihi korral on sobiva kristallstruktuuriga ühtlase faasi tekkeks vajalik termiline töötlus temperatuuridel üle 1000 °C. Leiti, et temperatuuridel üle 1150 °C leiab aset Zr ja Ce ioonide mobiilsus, põhjustades BZY ja BCY segafaasi tekke ja Zr lahustumise BCY faasis mis toob kaasa BZY kaitsvate omaduste kadumise. Magnetronsadestatud kihtide korral piisab faasi stabiliseerimiseks lõõmutamisest u. 600 °C juures, kus BCY ja BZY faaside segunemist ei toimu. Viidi läbi katsed sünteesitud barjäärkihtide keemilise stabiilsuse kontrollimiseks 700 °C juures CO2 atmosfääris ja leiti, et kuni 1150 °C juures töödeldud kihid on keemiliselt stabiilsed.