Кинетика электродных процессов и изотопные H/D эффекты на материалах с тройной O2-/H+/e- проводимостью

Первый год выполнения проекта был посвящен исследованию электрохимического поведения электродов со смешанной кислородионной и электронной проводимостью в контакте с протонпроводящим оксидом. Были синтезированы и аттестованы порошки электролитов (BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-ẟ, Ce0.8Sm0.2O2-ẟ) и электродного материала Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-ẟ. Были изготовлены симметричные электрохимические ячейки с композитными Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-ẟ-Ce0.8Sm0.2O2-ẟ электродами с различным соотношением компонентов. Методом импедансной спектроскопии исследована электрохимическая активность изготовленных электродов, получены зависимости поляризационного сопротивления электродов от температуры (500-700°С) и активности кислорода в газовой фазе (0.21-0.006 атм) в атмосферах, увлажненных Н2О или D2О. Установлено, что во всех исследованных условиях наблюдается изотопный H/D эффект в электродном отклике, заключающийся в увеличении поляризационного сопротивления в атмосфере, содержащей D2O. Показано, что введение Ce0.8Sm0.2O2-ẟ в электрод не оказывает существенного влияния на активность электрода. На основании анализа полученных данных методом распределения времен релаксации установлено, что механизм электродной реакции аналогичен для всех исследованных составов электродов, выделяются два основных скорость-определяющих процесса, при этом основной вклад в поляризационное сопротивление электродов вносит низкочастотный процесс. Предложена эквивалентная электрическая схема, учитывающая два релаксационных процесса наряду с шунтирующим сопротивлением электронно-дырочной проводимости протонпроводящего электролита. Установлено, что сопротивление высокочастотного релаксационного процесса зависит от рО2, не зависит от смены H2O на D2O, и увеличивается с содержанием Ce0.8Sm0.2O2-ẟ в электроде, в то время как сопротивление низкочастотного релаксационного процесса увеличивается с уменьшением парциального давления кислорода и при смене H2O на D2O.