Нанесение покрытий и защита от коррозии | |
Название | Исследование эволюции морфологии поверхности и элементного состава покрытий на основе кобальт-марганцевой шпинели токовых коллекторов твердооксидных топливных элементов в окислительной среде |
DOI | 10.17580/chm.2025.05.13 |
Автор | А. В. Храменкова, О. А. Финаева, Н. В. Деменева, Е. А. Яценко |
Информация об авторе | Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова, Новочеркасск, Россия А. В. Храменкова, доцент кафедры общей химии и технологии силикатов, канд. техн. наук, эл. почта: anna.vl7@yandex.ru Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН), Черноголовка, Россия Н. В. Деменева, научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: ladyn@issp.ac.ru |
Реферат | Приведены результаты исследования физико-химических свойств покрытий на основе кобальт-марганцевой шпинели при их испытаниях в модельной камере твердооксидного топливного элемента. Синтез покрытий проводили с использованием метода нестационарного электролиза. При сопоставлении микрофотографий покрытий до и после высокотемпературного окисления видно, что при окислении происходит кристаллизация покрытия и укрупнение составляющих их фрагментов. При этом в результате рентгеноспектрального микроанализа установлено, что в процессе окисления наблюдается увеличение концентрации хрома, марганца и железа, что можно связать с диффузией данных элементов из стали к поверхности покрытия. Согласно данным картирования, кобальт и марганец распределены равномерно по поверхности покрытия, а хром, входящий в состав подложки, сосредоточен в трещинах покрытия. Рентгенографический анализ показал, что покрытие находится в рентгеноаморфном состоянии. При этом в результате окисления на воздухе в течение 1000 ч при температуре 850 oC покрытие становится более окристаллизованным. Кроме рефлекса кобальт-марганцевой шпинели присутствуют фазы Fe – Cr, Cr2O3 и Fe3O4. Изучение изменения привеса образцов покрытий и чистой стали в циклическом режиме нагрев – выдержка – охлаждение с печью показало, что окисление стали Crofer 22 APU без покрытия происходит с первых часов по параболическому закону: скорость определяется термодиффузией хрома через растущий на поверхности стали окисел к поверхности. У образцов с покрытием в первые 10 ч наблюдается уменьшение массы, а затем привес также растет по параболическому закону. При этом значения рассчитанных констант скорости показывают эффективность разработанных покрытий. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-23-00113, https://rscf.ru/project/24-23-00113/. |
Ключевые слова | Твердооксидные топливные элементы, токовые коллекторы, защитные покрытия, кобальт- марганцевая шпинель, нестационарный электролиз, высокотемпературное окисление, константа скорости окисления |
Библиографический список | 1. Калинина Е. Г., Пикалова Е. Ю. Новые тенденции в развитии метода электрофоретического осаждения в технологии твердооксидных топливных элементов: теоретические подходы, экспериментальные решения и перспективы развития // Успехи химии. 2019. Т. 88. № 12. С. 1179–1219. 2. Chun O., Jamshaid F., Khan M. Z., Gohar O. et al. Advances in lowtemperature solid oxide fuel cells: An explanatory review // Journal of Power Sources. 2024. Vol. 610. 234719. |
Language of full-text | русский |
Полный текст статьи | Получить |