Структура и физико-химические свойства твердых электролитов на основе цирконатов лантана и самария

Работа посвящена установлению закономерностей влияния катионного состава и условий синтеза на физико-химические свойства материалов Ln2-xCaxZr2O7-δ (Ln = La, Sm), а также выявлению оптимальных условий формирования керамических материалов для создания твердых электролитов электрохимических устройств. В работе установлен предел растворимости допанта в системе La2-xCaxZr2O7-δ, который составляет x=0,09. Показано, что твердые растворы Sm2-xCaxZr2O7-δ с структурой пирохлора существуют до x=0,1 включительно. Доказано, что ионы кальция сегрегируют по границам зерен материалов La2-xCaxZr2O7-δ при различных методах синтеза и режимах термообработки. Гранично-зеренное разупорядочение способствует повышению проводимости границ зерен по сравнению с объемом зерен. Установлено, что предел насыщения при гидратации цирконатов лантана составляет 59% от номинальной концентрации кислородных вакансий, в то время как цирконаты самария слабо реагируют на изменение влажности, что свидетельствует об их устойчивости к гидратации. На основе полученных знаний о взаимосвязи структуры с физико-химическими свойствами разработаны методы формирования керамических материалов Ln2-xCaxZr2O7-δ (Ln = La, Sm) с заданной микроструктурой и способы повышения ее электропроводности. Выявлено, что применение спекающей добавки 0,5 масс. % Co3O4 позволяет снизить температуру спекания керамики La2-xCaxZr2O7-δ на 250 °С с сохранением высокоплотной микроструктуры материала без негативного влияния на транспортные свойства электролита