Разработка эффективных твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) требует создания многослойных электродных систем, обеспечивающих высокую электрохимическую активность и стабильность во всем интервале условий практического использования. В данной работе представлены результаты исследования функциональных свойств флюоритоподобных твердых растворов Ce1-x-yLaxPryO2-δ (x=0,29-40, y=0,10-0,14) со смешанной ионно-электронной проводимостью, которые были синтезированы глицин-нитратным методом и изучены в качестве каталитически активных защитных подслоев ТОТЭ. На основании результатов измерений удельной электропроводности в зависимости от парциального давления кислорода, варьируемого от 0,35 атм до 10-19 атм при 973-1223 К, предложены модели дефектообразования и переноса. Установлено, что увеличение содержания празеодима приводит к увеличению электронной проводимости p-типа в окислительных условиях, в то время как в восстановительных атмосферах доминирующим процессом является восстановление церия с образованием электронных носителей n-типа. С помощью контактных отжигов смесей порошков и рентгенофазового анализа проведены оценки химической совместимости с твердым электролитом на основе галлата лантана - LSGM. Проведен электронно-микроскопический анализ модельных ячеек с электродом из перовскитоподобного PrBaFe1,2Ni0,8O5+δ и многофункциональным подслоем Ce0,50La0,40Pr0,10O2-δ в контакте с твердоэлектролитной мембраной из галлата лантана.
Developments of high-efficiency solid oxide fuel cells (SOFCs) make it necessary to create multilayered electrode systems providing both a superior electrochemical activity and stability in the entire range of SOFC operation conditions. This work summarizes experimental results on the functional properties of fluorite-like Ce1-x-yLaxPryO2-δ (x=0.29-40, y=0.10-0.14) mixed conductors, which were synthesized by the glycine-nitrate technique and studied as potential materials of the catalytically active protective interlayers for the SOFC electrodes. Using the data on total conductivity as a function of the oxygen partial pressure varied from 0.35 atm down to 10-19 atm 973-1223 К, the defect formation and transport processes were modelled. Increasing praseodymium concentration was found to increase p-type electronic conduction under oxidizing conditions, whilst the dominant defect reaction at low oxygen chemical potentials is the reduction of cerium cations, leading to the formation of n-type electronic charge carriers. The chemical reactivity with lanthanum gallate-based solid electrolyte (LSGM) was assessed employing annealing of the powder mixtures and X-ray diffraction analysis. Model cells with perovskite-like PrBaFe1.2Ni0.8O5+δ electrodes and multifunctional Ce0.50La0.40Pr0.10O2-δ sublayers in contact with the lanthanum gallate solid-electrolyte membranes were evaluated by scanning electron microscopy.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.