Роль межзеренных границ в транспорте заряда в протонпроводящих твердых электролитах

Цель проекта - экспериментальное исследование и установление природы межзеренного сопротивления в протонных твердооксидных электролитах на примере материалов со структурой перовскита ABO₃ (A - щелочно- или редкоземельный элемент, В - Zr, Y), допированных акцепторными примесями, поиск способов его снижения. В ходе выполнения первого этапа проекта проведен комплексный анализ факторов, оказывающих влияние на проводимость протонных электролитов на основе цирконатов щелочноземельных элементов, таких как тип щелочноземельного катиона, стехиометрия щелочноземельного катиона, введение сверхстехиометрических добавок, технологического намола, а также внешних факторов - температуры и влажности воздуха. Показано, что закономерное увеличение радиуса щелочноземельного катиона А в ряду АZr₀,₉₅Sc₀,₀₅O₃₋ₐ (А = Ca, Sr, Ba) не влечет закономерного изменения проводимости и энергии активации. Максимальной проводимостью, включая объемную и межзеренную, и минимальной энергией активации обладает цирконат стронция. Выявлено, что проводимость оксидов SrₓZr₀,₉₅Y₀,₀₅O₃₋δ чувствительна к содержанию стронция. Получены новые данные о локализации иттрия в структуре оксида, однако требуются дополнительные исследования. Анализ данных о проводимости керамических и пленочных образцов на основе цирконата кальция показал, что микроструктура оказывает существенное влияние на перенос заряда. Плотная крупнозернистая керамика CaZr₀,₉₅Sc₀,₀₅O₃₋ₐ имеет на порядок большую проводимость. Введение добавок Al₂O₃ и Fe₂O₃ способствует увеличению проводимости мелкозернистой керамики благодаря лучшему спеканию. Показано, что технологический намол может приводить к разбросу значений проводимости до порядка величины. Получены данные о фазообразовании в системе LaYO₃, допированной по подрешеткам лантана и иттрия. В отличие от представленных в литературе данных об однофазности допированных иттратов лантана, полученных методом рентгенофазового анализа, в данном исследовании с помощью методов сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии показана их неоднофазность. Требуются дальнейшие исследования для выяснения условий формирования однофазных материалов на основе LaYO₃.