Протонпроводящие материалы на основе BaCeO₃ - BaZrO₃: синтез, свойства и применение

Предложен модифицированный цитрат-нитратный метод синтеза материалов на основе BaCeO₃ - BaZrO₃, позволяющий получать однофазные и плотные керамические образцы при температуре 1450°С. Показано, что при замещении церия цирконием в материалах BaCe₀,₈₋ₓZrₓY₀,₂O₃₋δ происходят повышение симметрии кристаллической структуры перовскита, уменьшение общего и свободного объема элементарной ячейки, что приводит к снижению средних значений термического коэффициента линейного расширения, исчезновению связанного с фазовым переходом излома на дилатометрических кривых, уменьшению общей проводимости образцов и возрастанию доли дырочной составляющей. Раскрыта природа проводимости в исследованных материалах, для которых характерен смешанный ионно-электронный перенос в окислительных условиях, ионный - в восстановительных и преимущественно ионный - в случае их применения в ячейке твердооксидного топливного элемента с разделенными газовыми пространствами, в одном из которых задана окислительная, а в другом восстановительная атмосферы. Изучена химическая стабильность BaCe₀,₈₋ₓZrₓY₀,₂O₃₋δ в атмосферах с большим содержанием Н₂О, СО₂ и H₂S. Получена электрохимическая ячейка твердооксидного топливного элемента с газоплотным электролитом, напряжение разомкнутой цепи которой на 80 - 120 мВ превышает мировые аналоги, а удельная мощность сопоставима с ними. Разработана оригинальная конструкция работающего в амперо- и потенциометрическом режимах водородного сенсора для анализа газовых смесей при 450 - 550°С и содержании водорода 0,1 - 10 об. %.