Твердый электролит

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 772847 01 М 6 1 ИСА ЗОБРЕТЕН ВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВ 84.Извеские мате938. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт химии Уральского отделения АН СССР(56) Яо( зТаТе олсз, 1981. Ч.5, 203 - 204,Сб. "Дефекты и массоперенос в твердофазных соединениях переходных элементов". Свердловск, 1985, с, 101 - 119.. пог 9, Мцс, С 1 егп, 1967, Ч.29, р.2453 - 2475.Зо( асане опсз, 1988, Ч, 28 - 30, р.179- 1тия АН СССР, серия "Неорганичес риалы", т. 18, М 12, 1986, с, 1926- 1 Изобретение относится к твердым электролитам с ионной проводимостью на основе оксидных соединений и может быть использовано в электротехнической промышленности (ионные фильтры, датчики активности, химические источники тока).Известен твердый электролит с проводимостью по ионам бария Ва, который получают методом ионного обмена ф" - А 20 з, идеализированная стериометрическая формула которого 1,5. (Йа 20,11 А 20 з), где ионы йа полностью замещены на ионы Ва, Ионный обмен проводят между расплавленными солями и монокристаллом Иа- ф" -А 20 з при 500 - 7000 С в течение 20 часов "1. Однако, в более поздней работе(2) показано, что однофазное соединение рв - А 20 з в системе Ка 20-А 20 з выделить невозможно, оно сосуществует с соединением ф-А 20 з (стехиометрическая формула йа 20,11 А 20 з), являющимся проводником. (57) Использование: химические источники тока, ионные фильтры, датчики активности, Сущность изобретения: твердый электролит содержит оксид бария, оксид ванадия и оксид лантана. Наличие в электролите оксидов ванадия и лантана позволяет получить высокую селективную по ионам бария электропроводность в интервале 700 - 1000 С п 9 ои парциальном давлении кислорода 10 1 атм. 1 табл., 3 пр. по ионам Иа, Заместить полностью Р- Я А 20 з невозможно. В работе (3) показано, что можно провести лишь ионное замещение лития в1-3-А 20 з на ионы бария при а 495 С за 4 дня, причем максимальное содер- с 4 жание бария составляет 0,3 на моль А 1220 з 4, и проводимость соединения смешанная.Поэтому недостатком замещенного барием /3- А 20 з является наличие наряду с проводимостью по барию высокой проводимости Ф по натрию.4Наиболее близким аналогом является твердый впвктровнт(Вв 1,1 в А 12 вв Пв,в 401 в) нв,йкв основе оксида бария - соединение с высокой проводимостью по ионам бария при 20 С вдоль оси Ь 4)(прототип). Недостатком Ва 1,1 а А 2,зб Т 5,64 О 6 является то. что при высоких температурах и низких парциальных давлениях кислорода появляется значительная электронная проводимость, возникающая в результате кислородной не 1772847стехиометрии и изменения валентного сос йния ионов титана, что характерно длямногих титановых систем (5), Наличие электронной проводимости у любого твердогоэлектролита делает его применение нецелесообразнымм.Целью изобретения является увеличение проводимости твердого злекролитапо ионам бария при высокой температуре и низком парциальном давлении кислорода за счет того, что твердый электролитВаз(1-х)1 аьЧгОв, где х=-0.05-0,25, содержитоксиды бария, ванадия и лантана в следующем соотношении (мол. О/,);ВаО 60,00-72.15Чг 05 25;32 - 26,671 агОз 2,53 - 13,33Предлагаемый твердый электролит получают керамическим способом из исходной шихты, состоящей из карбоната барияи оксидов ванадия и лантака, взятых в нужном соотношении. Исходную шихту растирают со спиртом в течение 25-30 мин,прокаливают при температуре 530-550 Св течение 6 - 6,5 ч, Затем продукт вновь растирают со спиртом 15-20 мин и обжигают25-30 ч при температуре 1000+10 С. Полученный поликристаллический материал формуюти спекают в виде изделий различной формыдля применения в качестве твердого электролита в различных электрохимических устройствах (ионные фильтры, датчикиактивности, ХИТ),В настоящее время из научно-технической и патенткой литературы не известентвердый электролит предлагаемого составас высокой селективной проводимостью побарию при высокой температуре и низкомпарциальном давлении кислорода,П р и м е р 1. Берут 56,25 г (72,15 мол, ф)карбоната бария ВаСОз.квалификации. (253 мол.,4) оксида лантана (1.агОз) маркиЛаО-СС. Исходную шихту перетирают соспиртом в течение 30 мин и обжигают притемпературе 550 С в алундовом тигле 6 ч.Затем охлажденный материал перетираютсо спиртом в течение 15 мин и обжигают притемпературе 1000"С 30 мик. Полученныйполикристаллический материал формуют ввиде таблеток диаметром 10 мм и толщиной 3 мм при комнатной температуре поддавлением 600 кгс/мм, На торцы. таблеток2вжиганием платиновой пудры при 1100 С втечение 2 ч наносят электроды, Измерениеэлектропроводности проводят на переменном токе с частотой 1 кГц, Число переносапо барию (1 ион) измеряюг методом Тубандта в температурном интервале 700 - 1000 СЧг 05 - 26,67; 3 агОз - 13,33. Величина удельной электропроводности(Омсм 1) составляет при700 ОС 1,20.1050 850 С 0,47,101000 С 1,34.10Низкокислородная граница электролитной области (тион=0.95 1.0) находится в данном интервале температур при 10атм,5 10 15 20 25 30 35 40 при давлении кислорода 10 1 О,21 атм.Получают твердый электролит состава:72,15 мол.о/о - ВаО: 25,32 мол. - Чг 05;2,53 мол.- 1 агОз. Величина удельнойэлектропроводности составляет (Ом 1 см )при700.ОС 0.40,10850 С 0,20,10 з1000 С 0,71,10В этом температурном интервале нижняя граница электролитной области. т, е.парциальное давление кислорода, выше которого число переноса по ионам бария равно 0.95 - 1,0 равна 10атм. Верхняяграница электролитной области находитсяпри давлении кислорода больше 1 атм.П р и м е р 2. Берут 53,29 г(69,23 мол,о/.)карбоната бария ВаСОз (ос,ч,), 18,19 г(ЛаО-СС). Твердый электролит готовят потехнологии, описанной в примере 1. Измерение электрофизических свойств проводяткак описано в примере 1, Получают твердыйэлектролит состава (мол.о: ВаО - 69,23:Чг 05 - 25,64;агОз - 5,13Величина удельной электропроводности составляет (Ом 1 см 1) при700 С 0,83.10850 С 0.38.101000 С 1,20.10В этом температурном интервале нижняя граница электролитной области ( ионы=0,95-1,0) составляет 10 - 10 атм. Верхняя граница электролитной области находится выше 1 атм,П р и м е р 3. Берут 44,4 г (60,00 мол, )карбоната бария ВаСОз (ос,ч,). 17,19 г(26,67 мол.) оксида ванадия ЧгО (ос.ч.),8,15 г (13;33 мол.ф) оксида лантана 1 агОз(ЛаО-СС) твердый электролит получают потехнологии, описанной в примере 1. Измерение злектрофизических свойств проводяткак описано в примере 1. Получают твердый электролит состава (мол4): Ва 0-60,00; Верхняя граница электролитной области находится при 1 атм. Составы и электрофизические свойства твердых электролитов, описанных в примерах 1-3, приведены в таблице.1772847 10 Состав и электрофизические свойства твердых электролитов.осгавитель И. ЛеонидовТехред М,Моргентал Корректор О, Кравцова Редактор Заказ 3848 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгррод, ул,Гагарина 01 Осуществление изобретения позволяет получить твердый электролит с высокой селективной удельной электроп роводностью по ионам бария в интервале температур 700-1000 С при парциальном давлении кислорода 10 -1,0 атм.Формула изобретения Твердый электролит. содержащий оксидбария, отл ича ю щий с ятем, что, с целью увеличения прпвпдимос;и по ионам бария при высокой т":"лперагуре и низком парциальном давлен 1 и кислорода, он д;.полнительно содержит оксиды ванадия Я) и 5 лантана при следующем соотнпш.нии компонентов,мол.ь.оксид бария 60- 72.;5; оксид ванадия 25,3226.67; оксид лантана 2,53- 13.33.