Разработка материаловедческих основ и создание высокоэффективных кислородпроводящих мембран для твердооксидных топливных элементов

Цель исследования - установление путей повышения проводимости электролитических мембран из материалов на основе диоксида циркония при снижении степени их деградации в диапазоне рабочих температур. Выполнено исследование стабилизации высокопроводящей кубической фазы твердых растворов на основе диоксида циркония путем солегирования оксидами скандия и иттрия, иттербия и церия. Исследования проводили на монокристаллах, полученных направленной кристаллизацией расплава. Выбор в качестве объекта исследований монокристаллов обусловлен более простой интерпретацией результатов исследования свойств материала, позволяющей исключить влияние микроструктуры, связанной с зернами и их границами. Одной из целей синтеза твердых растворов на основе диоксида циркония в виде монокристаллов было получение однофазного материала. Это позволило оценить электрофизические свойства индивидуальных кристаллических фаз. Результаты исследования показали, что наиболее перспективными составами с максимальной проводимостью, высокой стабильностью фазовых, электрофизических и механических характеристик в области рабочих температур ТОТЭ среднего диапазона являются твердые растворы ZrO₂ - Sc₂O₃ - Yb₂O₃. Использование в качестве солегирующего оксида иттербия в твердых растворах ZrO₂ - Sc₂O₃ позволяет получить однофазный материал со структурой t″-фазы с высокой проводимостью, сопоставимой с максимальной проводимостью материалов, стабилизированных только оксидом скандия (10 мол%). При этом в данных твердых растворах не обнаружены изменения фазового состава и удельной проводимости после длительного высокотемпературного отжига.