RU2522492C2 - Production of gas-proof ceramics for electrochemical devices - Google Patents
Production of gas-proof ceramics for electrochemical devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2522492C2 RU2522492C2 RU2012141531/03A RU2012141531A RU2522492C2 RU 2522492 C2 RU2522492 C2 RU 2522492C2 RU 2012141531/03 A RU2012141531/03 A RU 2012141531/03A RU 2012141531 A RU2012141531 A RU 2012141531A RU 2522492 C2 RU2522492 C2 RU 2522492C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- oxide
- ratio
- ceramics
- solution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к изготовлению газоплотной оксидной керамики со смешанной ионно-электронной проводимостью и может быть использовано при разработке элементов электрохимических устройств, в частности мембран для получения чистого водорода или кислорода и других. The invention relates to the manufacture of gas-tight oxide ceramics with mixed ion-electron conductivity and can be used in the development of elements of electrochemical devices, in particular membranes to produce pure hydrogen or oxygen and others.
Известно, например, что газоплотную керамику состава Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) изготавливают шликерным литьем из композиционного оксидного материала (М.-В. Choi, D.-K. Lim, S.-Y. Jeon, H.-S. Kim, S.-J. Song. Oxygen permeation properties of BSCF5582 tubular membrane fabricated by the slip casting method. Ceramics International. 38 (2012), p.1867) [1]. Для получения суспензии оксидного материала оксидный порошок BSCF смешивают с растворителем (этанол), диспергентом (поликарбонат аммония), полиэфиром, пластификатором (полиэтиленгликоль ПЭГ 400) и связкой (поливиниловый спирт). Суспензию заливают в полость микропористой литьевой формы и выдерживают в ней. Под действием капиллярных сил растворитель удаляется из внутренней полости, а на внутренней поверхности литьевой формы образуется слой геля. Остатки суспензии выливают из литьевой формы, а форму высушивают. Заготовки, извлеченные из литьевой формы, спекают до получения готовых газоплотных керамических изделий.It is known, for example, that gas-tight ceramics of the composition Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3-δ (BSCF) are made by slip casting from a composite oxide material (M.-B. Choi, D.-K. Lim, S.-Y. Jeon, H.-S. Kim, S.-J. Song. Oxygen permeation properties of BSCF5582 tubular membrane fabricated by the slip casting method. Ceramics International. 38 (2012), p. 1867) [1]. To obtain a suspension of oxide material, BSCF oxide powder is mixed with a solvent (ethanol), a dispersant (ammonium polycarbonate), polyester, plasticizer (PEG 400 polyethylene glycol) and a binder (polyvinyl alcohol). The suspension is poured into the cavity of a microporous injection mold and kept in it. Under the action of capillary forces, the solvent is removed from the inner cavity, and a gel layer forms on the inner surface of the injection mold. The remainder of the suspension is poured from the injection mold, and the mold is dried. Billets extracted from the injection mold are sintered to produce finished gas-tight ceramic products.
Газоплотную керамику состава La0.7Ca0.3Fe0.85Co0.15O3-δ (LCFC) получают пластической экструзией также из композиционного оксидного материала (М. Trunecw, J. Cihlar. Tubular La0.7Ca0.3Fe0.85Co0.15O3-δ Perovskite Membranes, Part I: Preparation and Properties. J. Am. Ceram. Soc. 89 (2005), p.949) [2]. Для его получения смешивают оксидный порошок материала LCFC и связку, в качестве которой используют смесь этиленвинил ацетата и парафинового воска. Полученную смесь добавляют в стеариновую кислоту, гомогенизируют и высушивают. Высушенную смесь помещают в экструдер, выдавливают через фильеру, полученные заготовки спекают до готовых газоплотных керамических изделий.Gas tight ceramics with the composition La 0.7 Ca 0.3 Fe 0.85 Co 0.15 O 3-δ (LCFC) are also obtained by plastic extrusion from a composite oxide material (M. Trunecw, J. Cihlar. Tubular La 0.7 Ca 0.3 Fe 0.85 Co 0.15 O 3-δ Perovskite Membranes , Part I: Preparation and Properties. J. Am. Ceram. Soc. 89 (2005), p. 949) [2]. To obtain it, the oxide powder of LCFC material and a binder are mixed, as a mixture of ethylene vinyl acetate and paraffin wax. The resulting mixture was added to stearic acid, homogenized and dried. The dried mixture is placed in an extruder, squeezed out through a die, the obtained billets are sintered to the finished gas-tight ceramic products.
Газоплотную двухслойную оксидную керамику состава La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) трубчатой формы на пористой подложке Zr0.7Y0.3O2-δ (YSZ) получают из композиционного оксидного материала в виде коллоидной суспензии, твердая фаза которой - оксидный порошок LSM, жидкая фаза - смесь поливинилбутираля, рыбьего жира, дибутифталата и сорбитаноолеата Span-80 в смеси толуола и метилэтилкетона (X. Yin, C. Choong, L. Hong, Z. Liu. Crafting La0.2Sr0.8MnO3-δ membrane with dense surface from porous YSZ tube. J. Solid State Electrochem. 10 (2006), p.643) [3]. В эту суспензию погружают пористую трубку, высушивают и спекают до готового изделия.A gas-tight two-layer oxide ceramic of the composition La 0.8 Sr 0.2 MnO 3-δ (LSM) of a tubular form on a porous substrate Zr 0.7 Y 0.3 O 2-δ (YSZ) is obtained from a composite oxide material in the form of a colloidal suspension, the solid phase of which is LSM oxide powder, liquid phase - a mixture of polyvinyl butyral, fish oil, dibutyl phthalate and Span-80 sorbitan oleate in a mixture of toluene and methyl ethyl ketone (X. Yin, C. Choong, L. Hong, Z. Liu. Crafting La 0.2 Sr 0.8 MnO 3-δ membrane with dense surface from porous YSZ tube. J. Solid State Electrochem. 10 (2006), p.643) [3]. A porous tube is immersed in this suspension, dried and sintered to the finished product.
Керамические изделия, изготовленные вышеперечисленными способами, имеют ограничения по форме и размерам. Так, размеры заготовок в способе шликерного литья определяются размерами литьевой формы, способом пластической экструзии затруднительно получить изделия с толщиной стенок менее 0,25 мм, при использовании метода погружения возникает вероятность получения изделий с неравномерным распределением нанесенного слоя по поверхности пористой подложки.Ceramic products made by the above methods have limitations in shape and size. So, the dimensions of the workpieces in the slip casting method are determined by the dimensions of the injection mold, it is difficult to obtain products with a wall thickness of less than 0.25 mm by the plastic extrusion method, when using the immersion method, it is possible to obtain products with an uneven distribution of the deposited layer on the surface of the porous substrate.
Кроме того, известные способы характеризуются трудоемкостью изготовления керамических изделий, т.к. требуют соблюдения жесткого технологического контроля за качеством суспензии, точным количеством вводимых в порошок органических компонентов и состоянием вспомогательных устройств, а также узким диапазоном распределения частиц исходного порошка по размерам или необходимостью учета требований, предъявляемых к пористой положке в процессе погружения, используемой в способе [3].In addition, the known methods are characterized by the complexity of manufacturing ceramic products, because require strict technological control over the quality of the suspension, the exact amount of organic components introduced into the powder and the condition of the auxiliary devices, as well as a narrow size distribution of the initial powder particles or the need to take into account the requirements for the porous position during the immersion process used in the method [3] .
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа изготовления газоплотной керамики для электрохимических устройств различной формы и размеров при упрощении технологии изготовления.The objective of the present invention is to develop a method of manufacturing gas-tight ceramics for electrochemical devices of various shapes and sizes while simplifying manufacturing techniques.
Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств, включающий получение оксидо-органической массы смешиванием оксидного порошка с органической связкой и пластификатором с последующим формированием заготовок заданной формы и обжигом до получения спеченных изделий, причем, при получении оксидо-органической массы в качестве органической связки используют 4%-ный раствор бутадиентнитрильного каучука марки СКН-26М, полученный в смеси ацетона и бензина, взятых в объемном соотношении 3:2, в качестве пластификатора используют 5%-ный раствор дибутилфталата в бензине, при этом оксидный порошок смешивают с органической связкой в соотношении 1 мл раствора на 1 г порошка, с пластификатором в соотношении 1 мл раствора на 40 г порошка.To solve this problem, a method for the manufacture of gas-tight ceramics for elements of electrochemical devices is proposed, which includes the preparation of organic oxide by mixing oxide powder with an organic binder and plasticizer, followed by the formation of preforms of a given shape and firing to obtain sintered products, moreover, upon receipt of organic oxide in 4% solution of nitrile butadiene rubber SKN-26M, obtained in a mixture of acetone and gasoline taken in A removable ratio of 3: 2, a 5% solution of dibutyl phthalate in gasoline is used as a plasticizer, while the oxide powder is mixed with an organic binder in the ratio of 1 ml of solution to 1 g of powder, with a plasticizer in the ratio of 1 ml of solution to 40 g of powder.
Подобранные экспериментально концентрации раствора бутадиен-нитрильного каучука, пластификатора и растворителей, позволили получить сочетание вязкости, пластичности и прочности оксидо-органической массы, достаточные для того, чтобы эту массу после сушки можно было прокатывать до получения пластин. Из полученной прокаткой керамики в виде пластин можно изготавливать элементы электрохимических устройств различной формы и размеров, например, трубчатой, сложной, неправильной формы и др. Это упрощает технологию изготовления газоплотных керамических изделий. Несоблюдение условий осуществления способа не позволит сформировать из высушенной массы пластины, либо получить плотные изделия, так как в процессе спекания заготовок из-за окисления каучука и пластификатора до газообразных H2O, CO, CO2 и N2, выделяется большое количество газов, приводящих к разрушению керамики. При использовании предложенного способа получения газоплотной керамики не требуется дорогостоящего оборудования, использования специфических реактивов, порошков с узким распределением частиц.The experimentally selected concentrations of nitrile butadiene rubber solution, plasticizer and solvents made it possible to obtain a combination of viscosity, ductility and strength of the organic oxide mass, sufficient so that this mass could be rolled after drying to obtain plates. From the ceramic obtained by rolling in the form of plates, it is possible to manufacture elements of electrochemical devices of various shapes and sizes, for example, tubular, complex, irregular shapes, etc. This simplifies the manufacturing technology of gas-tight ceramic products. Failure to comply with the conditions of the implementation of the method will not allow to form plates from the dried mass, or to obtain dense products, since during the sintering of billets due to the oxidation of rubber and plasticizer to gaseous H 2 O, CO, CO 2 and N 2 , a large amount of gas is produced, resulting to the destruction of ceramics. When using the proposed method for producing gas-tight ceramics, expensive equipment, the use of specific reagents, and powders with a narrow particle distribution are not required.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в получении и использовании оксидо-органической массы со свойствами, позволяющими получать керамические изделия различной формы и размеров для элементов электрохимических устройств.A new technical result achieved by the claimed invention is to obtain and use organic-oxide mass with properties that allow to obtain ceramic products of various shapes and sizes for elements of electrochemical devices.
Предлагаемый способ иллюстрируется фотографиями процесса изготовления трубчатых керамических изделий, включающего подготовку синтезированного порошка (фиг.1), добавление органической связки и пластификатора (фиг.2), перемешивание смеси и разливание на фторопластовую подложку с последующим высушиванием смеси (фиг.3), прокатку высушенной массы с получением пластин (фиг.4, 5), формирование трубчатых изделий (фиг.6). На фиг.7 представлены трубчатые заготовки в засыпке, на фиг.8 - готовые спеченные трубчатые изделия.The proposed method is illustrated by photographs of the manufacturing process of tubular ceramic products, including the preparation of synthesized powder (Fig. 1), the addition of an organic binder and a plasticizer (Fig. 2), mixing the mixture and pouring onto a fluoroplastic substrate, followed by drying of the mixture (Fig. 3), rolling dried mass with the receipt of the plates (Fig.4, 5), the formation of tubular products (Fig.6). In Fig.7 presents tubular billets in the backfill, Fig.8 - finished sintered tubular products.
Для получения оксидно-органической массы на основе титаната-феррита стронция первоначально готовили 4%-ный раствор бутадиен-нитрильного каучука. Использовали каучук марки СКН-26М, растворяли его в смеси ацетона и бензина, взятых в объемном соотношении 3:2. Полученный 4%-ный раствор каучука добавляли к исходному оксидному порошку SrTi0,5Fе0,5O3-δ в соотношении 1 мл раствора на 1 г порошка, после чего вводили 5%-ный раствор дибутилфталата в бензине в соотношении 1 мл раствора на 40 г порошка. Смесь тщательно перемешивали, выливали па фторопластовую подложку до полного высушивания полученной оксидо-органической массы. Высушенную массу прокатывали на вальцах с требуемой толщиной зазора до получения пластин.To obtain an oxide-organic mass based on strontium titanate-ferrite, a 4% solution of nitrile butadiene rubber was initially prepared. Used rubber brand SKN-26M, it was dissolved in a mixture of acetone and gasoline, taken in a volume ratio of 3: 2. The resulting 4% solution of rubber was added to the initial oxide powder SrTi 0.5 Fe 0.5 O 3-δ in the ratio of 1 ml of solution to 1 g of powder, after which a 5% solution of dibutyl phthalate in gasoline was introduced in the ratio of 1 ml of solution 40 g of powder. The mixture was thoroughly mixed, the PTFE substrate was poured until the obtained oxide-organic mass was completely dried. The dried mass was rolled on rollers with the required gap thickness to obtain plates.
Из полученных пластин получали заготовки изделий заданной формы (трубчатой, сложной, неправильной формы и др.), которые обжигали в засыпке из глинозема до получения готовых керамических изделий. Например, получаемые пластины скручивали в трубки, создавая стык и раскатывая его роликом с целью скрепления. Трубчатые заготовки подвергали обжигу.From the obtained plates, blanks of products of a given shape (tubular, complex, irregular shape, etc.) were obtained, which were burned in a bed of alumina to obtain finished ceramic products. For example, the resulting plates were twisted into tubes, creating a joint and rolling it with a roller for the purpose of fastening. The tubular blanks were fired.
Результаты гидростатического взвешивания спеченных керамических изделий из материала, полученного заявленным способом, свидетельствуют о получении газоплотной керамики: ее относительная плотность составляет 96% от теоретической.The results of hydrostatic weighing of sintered ceramic products from the material obtained by the claimed method, indicate the receipt of gas-tight ceramics: its relative density is 96% of theoretical.
Заявленным способом можно получать газоплотную керамику на основе кобальтитов и манганитов лантана-стронция, титанато-ферритов стронция, систем на основе оксида циркония. Исключения составляют оксидные системы, подверженные сильной гидратации, например, оксиды щелочных (Li, Na, K, Cs) и щелочноземельных (Ca, Ba) элементов, поскольку в этом случае не происходит смачивания поверхности гидратированного порошка органической смесью.The claimed method can be used to obtain gas-tight ceramics based on cobaltites and manganites of lanthanum-strontium, titanate-ferrite strontium, systems based on zirconium oxide. Exceptions are oxide systems subject to strong hydration, for example, oxides of alkaline (Li, Na, K, Cs) and alkaline earth (Ca, Ba) elements, since in this case the surface of the hydrated powder is not wetted by the organic mixture.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет изготавливать газоплотную керамику для элементов электрохимических устройств различной формы и размеров при упрощении технологии ее изготовления.Thus, the claimed invention allows the manufacture of gas-tight ceramics for elements of electrochemical devices of various shapes and sizes while simplifying the technology for its manufacture.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012141531/03A RU2522492C2 (en) | 2012-10-01 | 2012-10-01 | Production of gas-proof ceramics for electrochemical devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012141531/03A RU2522492C2 (en) | 2012-10-01 | 2012-10-01 | Production of gas-proof ceramics for electrochemical devices |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012141531A RU2012141531A (en) | 2014-04-10 |
RU2522492C2 true RU2522492C2 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=50435723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012141531/03A RU2522492C2 (en) | 2012-10-01 | 2012-10-01 | Production of gas-proof ceramics for electrochemical devices |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2522492C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706417C1 (en) * | 2019-04-10 | 2019-11-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Method of manufacturing a single multilayer cell of solid oxide fuel cell |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1571034A1 (en) * | 1988-08-01 | 1990-06-15 | Предприятие П/Я В-8525 | Bond for manufacturing vacuum-tight ceramics |
SU1694546A1 (en) * | 1989-09-05 | 1991-11-30 | Предприятие П/Я В-8525 | Binder for casting vacuum-tight ceramic |
EP1099672B1 (en) * | 1999-11-11 | 2005-07-20 | Kuraray Co., Ltd. | Ceramic-molding binder |
US7741396B2 (en) * | 2005-11-23 | 2010-06-22 | General Electric Company | Composites having tunable dielectric constants, methods of manufacture thereof, and articles comprising the same |
-
2012
- 2012-10-01 RU RU2012141531/03A patent/RU2522492C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1571034A1 (en) * | 1988-08-01 | 1990-06-15 | Предприятие П/Я В-8525 | Bond for manufacturing vacuum-tight ceramics |
SU1694546A1 (en) * | 1989-09-05 | 1991-11-30 | Предприятие П/Я В-8525 | Binder for casting vacuum-tight ceramic |
EP1099672B1 (en) * | 1999-11-11 | 2005-07-20 | Kuraray Co., Ltd. | Ceramic-molding binder |
US7741396B2 (en) * | 2005-11-23 | 2010-06-22 | General Electric Company | Composites having tunable dielectric constants, methods of manufacture thereof, and articles comprising the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
YIN X., CHOONG C., HONG L., LIU Z. "Crafting La0,2Sr0,8MnO3-; membrane with dense surface from porous YSZ tube" J.Solid State Electrochem (2006) v.10 p.643-650. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706417C1 (en) * | 2019-04-10 | 2019-11-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Method of manufacturing a single multilayer cell of solid oxide fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012141531A (en) | 2014-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9999860B2 (en) | Channeled articles and methods for their manufacture | |
US7332108B2 (en) | Method of preparing a thin ceramic composition with two materials, the composition thus obtained and the constituent electrochemical cell and membrane | |
Ortiz-Landeros et al. | Effects of support pore structure on carbon dioxide permeation of ceramic-carbonate dual-phase membranes | |
US20110165482A1 (en) | Method for preparing a thin ceramic material with controlled surface porosity gradient, and resulting ceramic material | |
Yin et al. | Oxygen permeation through the LSCO-80/CeO2 asymmetric tubular membrane reactor | |
Kovalevsky et al. | Oxygen permeability and stability of asymmetric multilayer Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8Fe0. 2O3− δ ceramic membranes | |
CN104150903B (en) | Low-temperature mixed conductor oxygen permeable film and preparation method thereof in one | |
Rachadel et al. | Influence of porous structures on O2 flux of BSCF asymmetric membranes | |
da Silva et al. | Characterization of functionalized zirconia membranes manufactured by aqueous tape casting | |
Ramachandran et al. | Tailoring the microstructure of porous MgO supports for asymmetric oxygen separation membranes: Optimization of thermoplastic feedstock systems | |
JP2004508981A (en) | Cold isostatic pressing method | |
Choi et al. | Oxygen permeation properties of BSCF5582 tubular membrane fabricated by the slip casting method | |
Shao et al. | Thin ceramic membrane with dendritic microchanneled sub structure and high oxygen permeation rate | |
Fernández-González et al. | Characterization and fabrication of LSCF tapes | |
RU2522492C2 (en) | Production of gas-proof ceramics for electrochemical devices | |
JP2008047445A (en) | Method of manufacturing solid electrolytic ceramic membrane, and electrochemical device | |
JP4149337B2 (en) | Oxygen separation membrane element and manufacturing method thereof | |
JP2005095718A (en) | Oxygen separation membrane element and manufacturing method therefor | |
CN103253982A (en) | Preparation method of tubular asymmetric oxygen-permeable membrane | |
Gao et al. | Influence of high-energy ball milling of the starting powder on the sintering; microstructure and oxygen permeability of Ba0. 5Sr0. 5Co0. 5Fe0. 5O3− δ membranes | |
Geffroy et al. | Perovskite foams used in combination with dense ceramic membranes for oxygen transport membrane applications | |
JP5204816B2 (en) | Oxygen separation membrane element and manufacturing method thereof | |
Matsuka et al. | Preparation of asymmetric perovskite-type membranes by a settlement method | |
JPH06283179A (en) | Manufacture of electrolytic film for solid electrolytic fuel cell | |
Takahashi et al. | Multilayer ceramic deposition process of dense oxygen permeation membranes on porous supports |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191002 |