Развитие основ повышения амбиполярной проводимости протонпроводящих оксидов путем модификации перовскитной структуры

В рамках первого этапа выполнения проекта были получены однофазные и высокоплотные керамические образцы состава ВаСе0.7–xZr0.2Y0.1FexO3–δ (BCZYFx, где x = 0, 0.1…0.7) с помощью цитрат-нитратного метода синтеза. Исследованы их функциональные свойства. Методом РФА обнаружено, что BCZYF0 обладает орторомбической структурой, BCZYF0.1 описывается ромбоэдрической структурой, а материалы с содержанием железа выше х ≥ 0.2 являются кубическими. На основании полученных данных о проводимости и термическом расширении материалов BCZYFx было установлено, что с увеличением содержания железа происходит возрастание как значений проводимости (с 0.04 до 0.86 См/см при 900 °C для BCZYF0 и BCZYF0.7), так и значений термического коэффициента линейного расширения (от ~ 10 • 10–6 до ~ 17 • 10–6 К–1 для BCZYF0 и BCZYF0.7 соответственно). Выявлено, что оптимальные функциональные свойства достигнуты в материалах с содержанием железа (х = 0.4 – 0.6). На втором этапе проекта было проведено изучение химической стабильности материалов ВаСе0.7–xZr0.2Y0.1FexO3–δ (BCZYFx, где x = 0.5, 0.6 и 0.7) в трех различных атмосферах (пары воды, углекислый газ и влажный водород). Установлено, что на ряду с основной перовскитной фазой образуются примеси в небольшом количестве для всех материалов. Изучены поляризационные характеристики электродов, на основании которых определен оптимальный материал BCZYF0.6 для применения в качестве катода в ТОТЭ. Разработана единичная ячейка ТОТЭ NiO–BCZYYb |BCZYYb| BCZYF0.6 с использованием метода каландрования. По результатам измерений электрохимических характеристик методами вольтаперометрии и импедансной спектроскопии установлено, что выходные показатели этой ячейки находятся в соответствии с мировыми результатами. Был разработан дизайн симметричной кисродпроницаемой мембраны на основе BCZYF0.7 толщиной 250 мкм с применением метода каландрования. Получены первичные электрохимические характеристики (удельная кислородпроницаеамость и величина амбиполярной проводимости). Основные результаты опубликованы в виде 3 статей в высокорейтинговых журналах, со ссылкой на проведение НИР в рамках реализации гранта Президента РФ МК-1654.2019.3, а также в материалах научных мероприятий.