Синтез и смешанная проводимость Ce₁__x__yLa_xPr_yO₂-5 для каталитически активных защитных подслоев твердооксидных топливных элементов

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 Ce_1-x-yLa_xPr_yO_2-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 PrBaFe_1,2Ni_0,8O_5+δ и многофункциональным подслоем Ce_0,50La_0,40Pr_0,10O_2-δ в контакте с твердоэлектролитной мембраной из галлата лантана.

глицин-нитратный метод, твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), смешанные проводники на основе диоксида церия, многофункциональный подслой, равновесия дефектов, glycine-nitrate technique, solid oxide fuel cells (SOFC), ceria-based mixed conductors, multifunctional sublayer, defect equilibria

1. Истомин С.Я., Антинов Е.В. Катодные материалы на основе перовскитонодобных оксидов нереходных металлов для среднетемнературных твердооксидных тонливных элементов // Уснехи химии. 2o13. Т. 82, № 7. С. 686-700.

2. Huang K., Wan J-H., Goodenough J.B. Increasing Power Density of LSGM-Based Solid Oxide Fuel Cells Using New Anode Materials // J. Electrochem. Soc. 2oo1. Vol. 148, № 7. P. 788-794.

3. Kuritsyna I., Sinitsyn V., Melnikov A., Fedotov Yu., Tsipis E., Viskup A., Bredikhin S., Kharton V. Oxygen exchange, thermochemical expansion and ca-thodic behavior of perovskite-like Sr0,7Ce0,3MnO3-δ // Solid State Ion. 2o14. Vol. 262. P. 349-353.

4. Fagg D.P., Frade J.R., Kharton V.V., Marozau I.P. The defect chemistry of Ce(Pr, Zr)O2-δ // J. Solid State Chem. 2oo6. Vol. 179. № 5. P. 1469-1477.

5. Stefanik T.S., Tuller H.L. Nonstoichiometry and Defect Chemistry in Praseodymium-Cerium Oxide // J. Electroceramics. 2oo4. Vol. 13. № 1-3. P. 799-8o3.

6. Stefanik T.S., Tuller H.L. Ceria-based gas sensors // J. European Ceramic Soc. 2001. Vol. 21. № 10. P. 1967-1970.

7. US Patent 3330697 МКИ C 04 B35/497. Method of Preparing Lead and Alkaline Earth Titanates and Niobates and Coating Method Using the Same to Form a Capacitor/Pechini M. 1967.

8. Patil K.C., Hegde M.S., Rattan T., Aruna S.T. Chemistry of Nanocrystalline Oxide Materials: Combustion Synthesis, Properties and Applications. New Jersey: World Scientific, 2008.

9. Patrakeev M.V., Mitberg E.B., Lakhtin A.A., Leonidov I.A., Kozhevnikov V.L., Kharton V.V., Avdeev M., Marques F.M.B. Oxygen nonstoichiometry, conductivity and Seebeck coefficient of La0,3Sr0,7Fe1-xGaxO2,65+δ perovskites // J. Solid State Chem. 2002. Vol. 167. № 1. P. 203-213.

10. Чеботин В. H. Физическая химия твердого тела. М.: Химия, 1982.