alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2016.19-20.069-080alternative-862Research ArticleВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКАHYDROGEN ECONOMYКинетика деградации композиционных материалов LSM–YSZDegradation Kinetics of LSM–YSZ Composite MaterialsАнаньевМ. В.AnanyevM. V.

Сведения об авторе: канд. хим. наук, зав. лабораторией ТОТЭ, ИВТЭ УрО РАН.

Образование: УрГУ им. А.М. Горького (2008 г.).

Область научных интересов: изотопный обмен кислорода и водорода; диффузия кисло- рода; нестехиометрические оксиды; композиционные материалы; ТОТЭ.

Публикации: 27. 

д. 20, ул. Академическая, Екатеринбург, 620137

тел.: +7(343)362-33-01, факс: +7(343)3745992;

д. 19, Мира, Екатеринбург, 620002

тел.: +7(343)375-44-74 

Information about the author: Ph.D. (chemistry), the Head of Laboratory of SOFC, Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS.

Education: Ural State University, 2008.

Research area: oxygen and hydrogen isotope exchange; oxygen diffusion; nonstoichiometric oxides; composite materials; SOFC.

Publications: 27.

20 Academicheskaya str., Yekaterinburg, 620137

tel.: +7 (343) 362 33 01, fax: +7(343)374-59-92

19 Mira str., Yekaterinburg, 620002

tel.: +7(343)375-44-74 

m.ananyev@mail.ruФарленковА. С.FarlenkovA. S.

Сведения об авторе: инженер/аспирант, ИВТЭ УрО РАН.

Образование: УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (2014 г.).

Область научных интересов: растровая электронная микроскопия; термогравиметрический анализ; изотопный обмен водорода; протонопроводящие оксиды; композиционные материалы; ТОТЭ.

Публикации: 11. 

д. 20, ул. Академическая, Екатеринбург, 620137

тел.: +7(343)362-33-01, факс: +7(343)3745992;

д. 19, Мира, Екатеринбург, 620002

тел.: +7(343)375-44-74 

Information about the author: engineer/Ph.D. student, Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS.

Education: UrFU named after the first President of Russia B. N. Yeltsin, 2014.

Research area: scanning electron microscopy; thermogravimetric analysis; hydrogen isotope exchange; proton-conducting oxides; composite materials; SOFC.

Publications: 11.

20 Academicheskaya str., Yekaterinburg, 620137

tel.: +7 (343) 362 33 01, fax: +7(343)374-59-92

19 Mira str., Yekaterinburg, 620002

tel.: +7(343)375-44-74 

ЕрёминВ. А.EreminV. A.

Сведения об авторе: млад. науч. сотрудник, ИВТЭ УрО РАН.

Образование: УрГУ им. А.М. Горького (2009 г.).

Область научных интересов: изотопный обмен кислорода; диффузия кислорода; нестехиометрические оксиды; композиционные материалы; ТОТЭ.

Публикации: 9. 

д. 20, ул. Академическая, Екатеринбург, 620137

тел.: +7(343)362-33-01, факс: +7(343)3745992;

д. 19, Мира, Екатеринбург, 620002

тел.: +7(343)375-44-74 

Information about the author: Junior Researcher, Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS.

Education: Ural State University, 2009.

Research area: oxygen isotope exchange; oxygen diffusion; nonstoichiometric oxides; composite materials; SOFC.

Publications: 9.

20 Academicheskaya str., Yekaterinburg, 620137

tel.: +7 (343) 362 33 01, fax: +7(343)374-59-92

19 Mira str., Yekaterinburg, 620002

tel.: +7(343)375-44-74 

КурумчинЭ. Х.KurumchinE. Kh.

Сведения об авторе: д-р хим. наук, глав. науч. сотрудник, ИВТЭ УрО РАН.

Образование: УрГУ им. А.М. Горького (1969 г.).

Область научных интересов: оксиды; твердые электролиты; смешанные проводники; протоники; кинетика; диффузия; изотопный обмен; электрохимия; гетерогенный катализ.

Публикации: 193. 

д. 20, ул. Академическая, Екатеринбург, 620137

тел.: +7(343)362-33-01, факс: +7(343)3745992;

Information about the author: D.Sc. (chemistry), Chief Researcher, Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS.

Education: Ural State University, 1969.

Research area: oxides; solid state electrolytes; mixed conductors; protonconducting oxides; kinetics; diffusion; oxygen isotope exchange; electrochemistry; heterogeneous catalysis.

Publications: 193.

20 Academicheskaya str., Yekaterinburg, 620137

tel.: +7 (343) 362 33 01, fax: +7(343)374-59-92

 

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН; Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияInstitute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian FederationИнститут высокотемпературной электрохимии УрО РАНРоссияInstitute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RASRussian Federation201629102016019-206980Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20162016Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/862

В работе исследовано влияние процессов укрупнения частиц и взаимной диффузии катионов на кинетику деградации каталитической активности композиционных материалов LSM–YSZ по отношению к процессу взаимодействия с кислородом газовой фазы. Кинетику обмена с кислородом газовой фазы изучали методом изотопного обмена кислорода с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы при температуре 850 °С, Po2 = 10–2 атм. Образцы выдерживали в течение 1 000 ч. Показано уменьшение коэффициента обмена кислорода с поверхностью со временем выдержки. В работе обсуждаются физические причины, приводящие к уменьшению коэффициента обмена кислорода. 

The paper studies the influence of the processes of particle coarsening and cation interdiffusion on the degradation kinetics of catalytic activity of LSM–YSZ composite materials in relation to the process of interaction with oxygen from the gas phase. The oxygen exchange kinetics with the gas phase has been studied by means of isotope exchange method with gas phase equilibration at T = 850 °C and Po2 = 10–2 atm. Samples were tested during 1000 hours. It is shown that the oxygen exchange coefficient with the sample surface decreases with the increasing of exposure time. The paper discusses the physical causes leading to a decrease of the oxygen exchange coefficient. 

LSM–YSZтвердооксидные топливные элементы (ТОТЭ)изотопный обменмикроструктурадиффузия кислородаLSM–YSZSolid Oxide Fuel Cell (SOFC)Isotope ExchangeMicrostructureOxygen DiffusionReferencesAnanyev M., Gavrilyuk A., Bronin D. et al. SOFC Degradation Quantification Using Image Analysis // European Fuel Cell Forum, Lucerne Switzerland. 2011. P. B0403:1–15.Ananyev M., Gavrilyuk A., Bronin D. et al. SOFC Degradation Quantification Using Image Analysis. European Fuel Cell Forum, Lucerne Switzerland, 2011, pp. B0403:1–15 (in Eng.).Neumann A. Chrom-bezogene Degradation von Festoxid-Brennstoffzellen: Ph.D. Dissertation. Jülich, 2011.Neumann A. Chrom-bezogene Degradation von Festoxid-Brennstoffzellen: Ph.D. Dissertation. Jülich, 2011 (in Eng.).Liu Y.L., Thyden K., Chen M. et al. Microstructure Degradation of LSM-YSZ Cathode in SOFCs Operated at Various Conditions // Solid State Ionics. 2012. Vol. 206. P. 97–103.Liu Y.L., Thyden K., Chen M. et al. Microstructure Degradation of LSM-YSZ Cathode in SOFCs Operated at Various Conditions. Solid State Ionics, 2012, vol. 206, pp. 97–103 (in Eng.).Schuler J., Tanasini A.P., Hessler-Wyser A. et al. Cathode thickness-dependent tolerance to Crpoisoning in solid oxide fuel cells // Electrochemisrty Communications. 2010. Vol. 12. P. 1682–1685.Schuler J., Tanasini A.P., Hessler-Wyser A. et al. Cathode thickness-dependent tolerance to Crpoisoning in solid oxide fuel cells. Electrochemisrty Communications, 2010, vol. 12, pp. 1682–1685 (in Eng.).Tanasin P., Schuler J.A., Wuillemin Z. et al. Segmented cell testing for cathode parameter investigation // Journal of Power Sources. 2011. Vol. 196. P. 7097–7103.Tanasin P., Schuler J.A., Wuillemin Z. et al. Segmented cell testing for cathode parameter investiga￾tion. Journal of Power Sources, 2011, vol. 196, pp. 7097–7103 (in Eng.).Ярославцев И.Ю. Электрохимическое поведение кислородных электродов из платины и смешанных проводников (La,Sr)MnO3 и (La,Sr)(Fe,Co)O3 в контакте с твердыми электролитами на основе LaGaO3 и CeO2: дис. канд. хим. наук. Екатеринбург, 2006.Yaroslavcev I.Yu. Èlektrohimičeskoe povedenie kislorodnyh èlektrodov iz platiny i smešannyh provodnikov (La,Sr)MnO3 i (La,Sr)(Fe,Co)O3 v kontakte s tverdymi èlektrolitami na osnove LaGaO3 i CeO2: Ph.D. dissertation, Ekaterinburg, 2006 (in Eng.).Kawada T., Sakai N., Yokokawa H. et al. Electrical properties of transition-metal-doped YSZ // Solid State Ionics. 1992. Vol. 53–56. No. 1. P. 418–425.Kawada T., Sakai N., Yokokawa H. et al. Electrical properties of transition-metal-doped YSZ. Solid State Ionics, 1992, vol. 53–56, no. 1, pp. 418–425 (in Eng.).Farlenkov A.S., Ananyev M.V., Eremin V.A. et al. Particle Coarsening Influence on Oxygen Reduction in LSM–YSZ Composite Materials // Fuel Cells. 2015. Vol. 15. No 1. P. 131–139.Farlenkov A.S., Ananyev M.V., Eremin V.A. et al. Particle Coarsening Influence on Oxygen Reduction in LSM–YSZ Composite Materials. Fuel Cells, 2015, vol. 15, no 1, pp. 131–139 (in Eng.).Ананьев М.В. Изотопный обмен кислорода. Теоретические основы метода и его применение к анализу кинетики обмена кислорода с нестехиометрическими оксидами. Саарбрюккен: Lambert Academic Publishing, 2012.Ananyev M.V. Izotopnyj obmen kisloroda. Teoretičeskie osnovy metoda i ego primenenie k analizu kinetiki obmena kisloroda s nestehiometričeskimi oksidami. Saarbrûkken: Lambert Academic Publishing, 2012 (in Russ.).Езин А.Н. Моделирование кинетики изотопного обмена кислорода в оксидах: дис. канд. физ.- мат. наук. Екатеринбург, 1999.Ezin A.N. Modelirovanie kinetiki izotopnogo obmena kisloroda v oksidah: Ph.D. (physics and mathematics) dissertation, Ekaterinburg, 1999 (in Russ.).Ezin A.N., Tsidilkovski V.I., Kurumchin E.Kh. Isotopic exchange and diffusion of oxygen in oxides with different bulk and subsurface diffusivities // Solid State Ionics. 1996. Vol. 84. P. 105–112.Ezin A.N., Tsidilkovski V.I., Kurumchin E.Kh. Isotopic exchange and diffusion of oxygen in oxides with different bulk and subsurface diffusivities. Solid State Ionics, 1996, vol. 84, pp. 105–112 (in Eng.).Ananyev M.V., Bronin D.I., Osinkin D.A. Characterization of Ni-cermet degradation phenomena I. Long term resistivity monitoring, image processing and X-ray fluorescence analysis // Journal of Power Sources. 2015. Vol. 286. P. 414–426.Ananyev M.V., Bronin D.I., Osinkin D.A. Characterization of Ni-cermet degradation phenomena I. Long term resistivity monitoring, image processing and X-ray fluorescence analysis. Journal of Power Sources, 2015, vol. 286, P. 414–426 (in Eng.).Crank J. The mathematics of Diffusion. Washington, Oxford: Clarendon Press, 1956.Crank J. The Mathematics of Diffusion. Washington, Oxford: Clarendon Press, 1956 (in Eng.).Гегузин Я.А. Очерки о диффузии в кристал- лах. М.: Наука, 1974.Geguzin Ya.A. Očerki o diffuzii v kristallah. Moscow: Nauka Publ., 1974 (in Russ.).Backhaus-Ricoult M., Adib K., Clair T.St. et al. In-situ study of operating SOFC LSM/YSZ cathodes under polarization by photoelectron microscopy // Solid State Ionics. 2008. Vol. 179. P. 891–895.Backhaus-Ricoult M., Adib K., Clair T.St. et al. In-situ study of operating SOFC LSM/YSZ cathodes under polarization by photoelectron microscopy. Solid State Ionics, 2008, vol. 179, pp. 891–895 (in Eng.).Kishimoto H., Sakai N., Horita T. et al. Cation transport behavior in SOFC cathode materials of La0.8Sr0.2CoO3 and La0.8Sr0.2FeO3 with perovskite structure // Solid State Ionics. 2007. Vol. 178. P. 1317–1325.Kishimoto H., Sakai N., Horita T. et al. Cation transport behavior in SOFC cathode materials of La0.8Sr0.2CoO3 and La0.8Sr0.2FeO3 with perovskite structure // Solid State Ionics. 2007. Vol. 178. P. 1317–1325 (in Eng.).Zhang Y., Xia Ch., Ni M. Simulation of sintering kinetics and microstructure evolution of composite solid oxide fuel cells electrodes // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. P. 3392–3402.Zhang Y., Xia Ch., Ni M. Simulation of sintering kinetics and microstructure evolution of composite solid oxide fuel cells electrodes. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, vol. 37, pp. 3392–3402 (in Eng.).Vasen R., Simwonis D., Stover D. Modeling of the aglomeration of Ni-particles in anodes of solid oxide fuel cells // Journal of Materials Science. 2001. Vol. 36. P. 147–151.Vasen R., Simwonis D., Stover D. Modeling of the aglomeration of Ni-particles in anodes of solid oxide fuel cells. Journal of Materials Science, 2001, vol. 36, pp. 147–151 (in Eng.).Palcut M., Knibbe R., Wiik K. et al. Cation inter-diffusion between LaMnO3 and LaCoO3 materials // Solid State Ionics. 2011. Vol. 202. P. 6–13.Palcut M., Knibbe R., Wiik K. et al. Cation inter-diffusion between LaMnO3 and LaCoO3 materials. Solid State Ionics, 2011, vol. 202, pp. 6–13 (in Eng.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.