Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 105-109. Transactions of the Kala Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 105-109. Введение Экономические и социально-политические вызовы последнего времени превратили водород из вещества, применяющегося в основном в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности и металлургии, впродукт с высоким экспортным потенциалом. На сегодняшний день глобального рынка водорода в привычном понимании этого понятия не существует. Производство водорода осуществляется непосредственно в местах его потребления — в основном на металлургических, химических, нефте- и газоперерабатывающих объектах. Не развита инфраструктура для его транспортировки. Это позволяет говорить о высокой перспективности рынка водорода и важности реализации для России стратегической задачи по его освоению. Очевидно, что, для того чтобы Россия смогла занять ведущее положение на мировом рынке водорода, необходимо формирование собственных технологических компетенций в области водородной энергетики, которые бы включали в том числе разработку и создание инновационных твердооксидных топливных элементов и электролизеров. Для создания долговечных и высокоэффективных устройств такого типа требуются также поиск и исследование перспективных материалов, обладающих комплексом функциональных свойств. В качестве материала электролита в таких устройствах выступают протонные проводники. Мировым научным сообществом ведутся активные исследования протон-проводящей керамики, относящейся к различным структурным классам, и рассматриваются возможности ее практического применения [1-7]. Классическими материалами, исследованными в качестве протон-проводящих матриц на протяжении последних сорока лет, являются цераты и цирконаты бария, которые имеют структуру перовскита [8-12]. Однако несколько лет назад была показана принципиальная возможность протонного переноса вслоистых перовскитах AA'BO4, таких как SrLaInO4, BaLaInO4, BaLaNdO 4 [13]. Было показано, что введение гетеровалентного допанта позволяет увеличить величину проводимости, в том числе протонной, до ~ 1,5 порядка величины. В настоящей работе проанализированы особенности протонного транспорта в изовалентно допированных слоистых перовскитах на основе индата бария-лантана BaLaInO4. Оценено влияние природы и концентрации допанта на размер элементарной ячейки, величину водопоглощения и протонную проводимость. Обсуждение Все изовалентно допированные образцы BaLa 0 , 9 Nd 0 jInO 4 [14], BaLa 0 , 9 Gd 0 jInO 4 [15], BaLa 0 , 9 Pr 0 , 1 InO 4 [16], BaLaIn 0 , 9 Sc 0 , 1 O 4 [17], BaLaIn 0 , 9 Y 0 , 1 O 4 [18] были получены методом твердофазного синтеза, однофазность доказана методом рентгенографического анализа. На рисунке приведена структура матричного состава BaLaInO 4 и схема изовалентного допирования. P r ф Ba/La Bal.alnOj Структура матричного образца BaLaInO4 и схема изовалентного допирования Независимо от соотношения радиусов ионов матричной фазы и ионов-допантов, для всех образцов наблюдалось увеличение параметра а элементарной ячейки, что свидетельствует о расширении межслоевого пространства в структуре слоистого перовскита. Наиболее вероятной причиной данного эффекта является появление в одной подрешетке ионов с различной электроотрицательностью. Вследствие этого неизбежно происходит перераспределение электронной плотности и изменение эффективных зарядов на атомах, что приводит к изменению энергии и длины связей металл — кислород. Соответственно, изменение параметров решетки при допировании может не иметь прямой зависимости от размера допанта. Это позволяет сделать вывод о том, что наблюдаемая тенденция увеличения параметра решетки связана с появлением дополнительных эффектов отталкивания ионов разной природы в одной подрешетке. © Егорова А. В., Белова К. Г., Бедарькова А. О., Анимица И. Е., Тарасова Н. А., 2023 106