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

Для материалов с классической перовскитной структурой ABO 3 - 5 возможность диссоциативного поглощения воды из газовой фазы зависит от количества кислородных вакансий в структуре и в общем случае определяется величиной 5. Однако для слоистых перовскитов AA'BO4 этот процесс обеспечивается внедрением кислородно-водородных групп в межслоевое пространство. При этом величина водопоглощения для гетеровалентно допированных сложных оксидов на основе BaLaInO4 не зависит от концентрации кислородных вакансий в структуре, а определяется объемом элементарной ячейки образца [13]. Для изовалентно допированных сложных оксидов величина водопоглощения также хорошо коррелирует со значением объема элементарной ячейки, а именно возрастает с увеличением ее объема и, соответственно, межслоевого пространства. Следует отметить, что если для классических акцепторно допированных перовскитов степень гидратации не превышает ~ 0,2 моль на формульную единицу вещества, то для допированных слоистых перовскитов эта величина возрастает вплоть до ~ 2 моль. Иными словами, структура слоистого перовскита позволят аккумулировать на порядок больше протонных носителей заряда по сравнению со структурой классического перовскита. Это является значимым фактором, поскольку в общем случае величина протонной проводимости будет тем больше, чем больше будет концентрация протонов и их подвижность. Для всех образцов BaLa0,9Nd0,1InO4 [14], BaLa0,9Gd0,1InO4 [15], BaLa0,9Pr0,1InO4 [16], B aL aIn 0 . 9 Sc 0 . 1 O 4 [17], B aL aIn 0 . 9 Y 0 . 1 O 4 [18] методом импедансной спектроскопии были получены значения электропроводности, вычленен вклад объемной составляющей проводимости. Измерения проводились при варьировании температуры, парциального давления кислорода и паров воды в газовой фазе, что позволило выделить парциальные вклады проводимостей — электронную, кислородно-ионную и протонную. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что как недопированный, так и допированные сложные оксиды во влажном воздухе при температурах ниже 400 оС являются протонными проводниками с долей протонного переноса ~ 95 %. Расчет значений подвижности протонных носителей заряда показывает, что они возрастают для допированных образцов по сравнению с недопированным. Как проводимость, так и подвижность протонов увеличиваются с увеличением параметра решетки для всех изовалентно допированных образцов. Иными словами, увеличение значений протонной проводимости обеспечивается не только изменением концентрации протонов при допировании, но и увеличением их подвижности. Очевидно, что это увеличение подвижности связано с расширением межслоевого пространства (параметра решетки), облегчающего перенос протонов. Таким образом, можно сделать вывод, что механизм допирования не влияет на возможность поглощения воды сложными оксидами на основе BaLaInO 4 . Наиболее значимым фактором, определяющим степень водопоглощения и величину электропроводности, является объем элементарной ячейки слоистого перовскита. Это позволяет говорить о том, что метод изовалентного допирования может быть применен для получения новой усовершенствованной протон-проводящей керамики, которая может быть использована в качестве электролитического материала в различных устройствах преобразования энергии, в том числе в протон-проводящих твердооксидных топливных элементах. Выводы В работе проведен сопоставительный анализ физико-химических свойств, в том числе протонной проводимости, в изовалентно допированных слоистых перовскитах на основе индата бария-лантана BaLaInO 4 . Оценено влияние природы и концентрации допанта на размер элементарной ячейки, величину водопоглощения и протонную проводимость. Показано, что допирование катионных подрешеток слоистого перовскита BaLaInO 4 ионами Nd3+, Gd3+, Pr3+, In3+, Y3+позволяет увеличить величину протонной проводимости до ~ 2 порядков величины, при этом увеличение протонной проводимости обеспечивается не только увеличением концентрации протонов, но и увеличением их подвижности. Увеличение подвижности обусловлено расширением межслоевого пространства, что облегчает транспорт протонов. Полученные методом изовалентного допирования сложные оксиды являются перспективными с точки зрения их дальнейш его исследования в качестве материала электроли та протон -проводящ его твердооксидного топливного элемента. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 105-109. Transactions of the Kala Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 105-109. © Егорова А. В., Белова К. Г., Бедарькова А. О., Анимица И. Е., Тарасова Н. А., 2023 107