Бродніковський Є. М. Закономірності формування структури, механічних та електрохімічних властивостей аноду Ni-ZrO2 керамічної паливної комірки

Метою роботи є встановлення закономірностей формування структури та властивостей аноду Ni-ZrO2(с) керамічної паливної комірки, виготовленого на основі різних за своїми властивостями порошків ZrO2(с), їхньої еволюції у процесі відновлення-окиснення Ni та вдосконалення структури і властивостей аноду. Об'єкт дослідження - закономірності зв'язку між особливостями структури та властивостями анодів Ni-ZrO2(с) керамічної паливної комірки, виготовленних за різними режимами на основі порошків ZrO2(с), різних за агломерованістю і морфологією. Вперше в науковій практиці, на основі систематичних досліджень проаналізовано зв'язок між структурою та властивостями аноду Ni-ZrO2(с), виготовленого на основі різних за агломерованістю і морфологією порошків стабілізованого у кубічній фазі діоксиду цирконію (далі ZrO2(с)), та їх еволюції в процесі відновлення-окиснення Ni. Встановлено та пояснено вплив комплексу властивостей порошку ZrO2(с) (розмір, морфологія агломератів, розмір первинних частинок) на формування структури аноду. При цьому встановлено, що порошок ZrO2(с), аґломерований із рівновісних нанорозмірних частинок у порівняно "м'які" аґломерати, є найкращим для забезпечення необхідної високопористої структури аноду, з високими фізико-механічними властивостями. Встановлено вплив циклювання "відновлення-окиснення Ni" на структуроутворення аноду Ni-ZrO2(с), а саме, видозміну нікелевої фази, яка перетворюється в губку і збільшує свій об'єм. Це покращує зв'язність між частинками відновленого нікелю у структурі аноду, що забезпечує одночасне збільшення його електричної провідності і міцності. Проведено оптимізацію структури аноду через застосування каркасної концепції аноду, при якій міцний пористий ZrO2(с)-каркас просочується розчином солі нітрату нікелю з подальшим відновленням її до Ni. Така методика забезпечує анодному кермету Ni-ZrO2(с) міцність порядку 130 МПа після відновлення NiO і оптимальний розподіл трьох фаз: ZrO2(с), Ni і пор, що істотно покращує стабільність аноду. Результати дисертаційної роботи отримали підтримку і високу оцінку науковців зарубіжних дослідних центрів Німеччини (Dr. Robert Steinberger-Wilckens, Forschungszentrum Julich) і США (Alevtina Smirnova, PhD Assistant Professor, Department of Chemistry, South Dakota School of Mines and Technology). Ці науковці були керівниками міжнародних науково-дослідних проектів, спрямованих на розробку і вдосконалення керамічних паливних комірок, в рамках яких була виконана частина досліджень даної дисертаційної роботи.