Фундаментальные исследования материалов для твердооксидных электрохимических устройств

Проведены экспериментальные и теоретические исследования, направленные на разработку научных основ создания функциональных материалов с заданными свойствами для твердооксидных электрохимических устройств нового поколения. Получены новые сведения о фазовых равновесиях, структуре и функциональных свойствах ряда оксидных систем: (1) акцепторно-допированных гафнатов щелочноземельных элементов и диоксида циркония с преобладающей ионной проводимостью, которые являются перспективными электролитами; (2) никелата лантана со смешанной электронно-ионной проводимостью, перспективного для применения в качестве электрода. Установлено, что оксиды SrHf01-хМхO3-δ (M = Sc, Y, Yb) не уступают по проводимости большинству известных протонных электролитов; допирование скандием обеспечивает наилучшее сочетание высоких чисел переноса ионов и проводимости. Благодаря уникальным транспортным свойствам и высокой химической устойчивости гафнаты представляют перспективные материалы протонных электролитов для электролизеров, топливных элементов и других устройств. Выявлена высокая электрохимическая активность пленочных электродов Lа2NiO4+δ в контакте с протонным электролитом. Дополнена фазовая диаграмма ZrO2-Y2O3 в области, прилегающей к ZrO2. Обнаружена люминесценция собственных дефектов в акцепторно-допированных оксидах на основе перовскита SrZrO3; выявлено влияние состояния кислородной подрешетки флюорита ZrO2-Y2O3 на люминесценцию. С помощью развитой авторами статистической теории исследовано образование водородных дефектов в различных зарядовых состояниях в акцепторно-допированных перовскитах ABO3 с широкой запрещенной зоной, не содержащих элементы с переменной валентностью, в сильно восстановительных условиях. Методами аналитической теории и Монте-Карло рассмотрено влияние взаимодействия между дефектами на распределение кислородных вакансий, ближний порядок и окисление акцепторно-допированных перовскитов ABO3. Показано, что взаимодействие не только в значительной степени определяет локальную структуру оксидов, но и качественно изменяет поведение константы окисления и концентрации электронных дырок.