Разработка структурированных катализаторов трансформации биотоплив в синтез-газ, мембран для селективного выделения кислорода или водорода и твердооксидных топливных элементов с применением радиационно-термического спекания нанесенных функциональных слоев

Цель работы: исследование влияния обработки электронными пучками на материалы для катализаторов конверсии биотоплив, твердооксидных топливных элементов и мембран с селективной проницаемостью по кислороду и водороду. Его реализация заложит основы создания высокоэффективных и недорогих генераторов синтез-газа и водорода и твердо-оксидных топливных элементов, что позволит решить проблемы энергоснабжения уда-ленных районов и месторождений. В ходе выполнения проекта синтезированы и охарак-теризованы оксидные и нанокомпозитные материалы: скандаты лантаноидов; титанаты и цераты висмута; электролиты для катодных нанокомпозитов и ТОТЭ; слоистые никелаты лантаноидов; керамокерамические нанокомпозиты на основе оксидов и керамометалли-ческие нанокомпозиты на основе протонных проводников и сплавов никеля. Все синте-зированые оксидные и нанокомпозитные материалы были обработаны электронным пуч-ком. После РТС исходных материалов в интервале 700-1100°С сохраняется основная фаза флюорита в вольфраматах и молибдатах лантана и перовскита в допированных скандатах. Для допированных титанатов и цератов висмута в результате РТС при 1100°С пирохлор-ная фаза сохраняется для титаната с формированием примесной фазы (8%), а для церата висмута превращается в CeO2 –подобную флюоритовую фазу, обогащенную оксидом висмута. Использование метода РТС позволило получить однофазный образец при 1150°C для состава Nd1.6Sm0.4NiO4, тогда как при обычном прокаливании нужная фаза не формируется при этой температуре. Впервые проведено спекание композитных керамо-металлических материалов с использованием электронного пучка, которое позволило за короткое время (30 минут) получить таблетки с низкой остаточной пористостью. После РТС при 1100 °С для большинства нанокомпозитов по данным РФА отсутствует межфаз-ное взаимодействие. Отработаны оптимальные условия радиационно-термического спе-кания. Были изучены транспортные свойства полученных материалов и влияние усло-вий спекания на данные свойства. Для ряда материалов, таких как вольфраматы лантано-идов, показано, что их кислородная и протонная подвижность соответствует уровню ана-логичных материалов, спеченных в печи. Были приготовлены пеноносители для мембран с селективной проницаемостью, твердооксидных топливных элементов и структурированных катализаторов на основе сплавов никеля с градиентной пористостью с использованием радиационно-термического спекания наносимых слоев, проведены их характеризация, изучение стабильности к тер-моциклированию в разных средах. Были приготовлены структурированне катализаторы на основе фехралевых пластин, фольги и сеток c защитными покрытиями из оксидных нанокомпозитов La2Zr2O7/LaAlO3, с активными компонентами на основе мезопористых нанокомпозитов перовскит LaPrMnCrNiRuO –флюорит PrSmCeZrO – алюминат магния MgAl2O4, в том числе обработанными электронными пучками после нанесения из сус-пензий. Были проведены испытания структурированных катализаторов в реакциях паро-вой конверсии метана, показана их высокая активность и устойчивость к зауглерожива-нию.