Разработка масштабируемой лабораторной технологии изготовления мембранно-электродных блоков ТОТЭ методом совместного спекания

Переход к технологии электролит-поддерживающих МЭБ ТОТЭ на основе тонкого несущего электролита позволяет существенно снизить как стоимость используемых материалов, так и внутреннее сопротивление топливного элемента, влияющее на эффективность его работы. При уменьшении толщины несущей мембраны снижается её жесткость, что не позволяет применять методику последовательного формирования электродных слоев. В то же время при совместном спекании электродов возникающие механические напряжения компенсируют друг друга и требования к жесткости несущей мембраны ниже. Исследовано влияние фазового состава и предварительной обработки компонентов электродных паст на свойства приготовляемых электродных структур. Проведена разработка методики приготовления электродов ТОТЭ за один цикл температурной обработки. Рассмотрены два подхода, определяемые величиной температуры совместного отжига: температура, приближенная к оптимальной для формирования катодного электрода (1100 - 1200°С); температура, близкая к температуре отжига анодного электрода (1300 - 1400°С). Повышение температуры более чем на 200°С потребовало внесения существенных изменений как в состав электродов, так и в технологию их приготовления. Проведена оптимизация состава, микроструктуры и температуры совместного отжига при пониженной температуре, близкой к оптимальной для катодного электрода. При этом получены плоские образцы размером 50 × 50 мм. Электрохимические исследования показали, что плотность снимаемой мощности при температуре 850°C и напряжении на образце 0,7 В составляет 220 мВт/см². Характеристики нестабильны на временах порядка нескольких суток по причине низкой связности по электрон-проводящей подсистемы анодного электрода ТОТЭ. Проведена оптимизация полного внутреннего сопротивления МЭБ при совместном спекании электродов при температуре, близкой к оптимальной температуре формирования анодного электрода. Получены более высокие характеристики — плотность снимаемой мощности на уровне 380 мВт/см² при температуре 850°C и напряжении на образце 0,7 В. Краткосрочные ресурсные испытания показали стабильность электрохимических характеристик во времени.