Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 165-170. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 165-170. применения ТОТЭ говорит не только их высокий коэффициент полезного действия (50-80 %), но и экологическая чистота, обусловленная отсутствием в процессе их работы выбросов загрязняющих веществ: продуктами реакций, протекающих в ТОТЭ, являются вода и углекислый газ. Конструкция ТОТЭ включает в себя твёрдый электролит (ТЭ), катодный и анодный материалы. В настоящее время материалы анодов и ТЭ среднетемпературных ТОТЭ в основном разработаны и апробированы. В качестве ТЭ применяют материалы на основе ZrO 2 , CeO 2 [3], LaGaO3 [4] и др., в качестве анодов используют керметы на их основе, молибдаты SrMMoO6 (M = Ni, Mg, Fe) и др. [3, 5]. Поиск же оптимальных катодных материалов для ТОТЭ всё ещё продолжается, что обусловлено высокими требованиями, которым они должны удовлетворять [3]. Так, для достижения химической совместимости с ТЭ они должны иметь соответствующий коэффициент термического расширения (КТР), высокие удельную электропроводность и каталитическую активность в реакции восстановления кислорода. Часто в качестве перспективных материалов катодов ТОТЭ, удовлетворяющих большинству вышеперечисленных требований, рассматриваются перовскитные слоистые кобальтиты LnBaCo 2 O 5+8 (Ln — Y, редкоземельный элемент (РЗЭ)) [5-7], основной недостаток которых (высокий КТР) стремятся устранить частичным замещением кобальта другими 3^-металлами [6], что, однако, зачастую приводит к ухудшению функциональных характеристик. В связи с этим практикуются несколько подходов к совершенствованию свойств этих сложных оксидов: изовалентное замещение бария другими щелочноземельными элементами или магнием, создание дефицита катионов РЗЭ и бария, а также получение средне- и высокооэнтропийных оксидов на их основе [5-6, 8-10]. В данной статье изучено влияние дефицита катионов в подрешётках неодима и бария в структуре слоистого феррокупрокобальтита NdBaCo 2 / 3 Fe 2 / 3 Cu 2 / 3 O 5+8 на кристаллическую структуру, микроструктуру и электропроводность полученных твёрдых растворов. Методика эксперимента Синтез слоистых перовскитов Nd 1 -xBaCo 2 / 3 Fe 2 / 3 Cu 2 / 3 O 5 +s и NdBa 1 -xCo 2 / 3 Fe 2 / 3 Cu 2 / 3 O 5 +s (x = 0,00-0,15) проводили согласно методике [11], смешивая Nd2O3 (НО-Л), ВaCOз (ч.), Fe2O3 (ос. ч.), CuO (ч. д. а.) и Co3O4 (ч.) в стехиометрических соотношениях, рассчитанных по реакциям: (1 - x)/2Nd2O3 + BaCO3 + 1/3Fe2O3 + 2 / 9 Co 3 O 4 + 2/3CuO + (3x/4 - 1/36 + 5 / 2 )O 2 = = Nd1-xBaFe2/3Co2/3Cu2/3O5+s + CO 2 1 / 2 Nd 2 O 3 + (1 - x)BaCO 3 + 1 / 3 Fe 2 O 3 + 2 / 9 Co 3 O 4 + 2/3CuO + (S / 2 - 1/36 - x/ 4 )O 2 = = NdBa1-xFe2/3Co2/3Cu2/3O5+s + ( 1 -x)CO 2 Синтез образцов проводили при температуре 1173 К на воздухе в течение 40 ч, спекание для получения плотной керамики выполняли при температуре 1273 К на воздухе в течение 9 ч. Идентификацию полученных образцов проводили при помощи рентгенофазового анализа (РФА) на рентгеновском дифрактометре Bruker D 8 (Cu-Ka-излучение, никелевый фильтр). Индекс кислородной нестехиометрии (S) определяли при помощи йодометрического титрования свежеизмельчённых порошков по методике [12]. Для изучения микроструктуры применяли оптический металлографический микроскоп ALTAMIMET 1D (Altami), микротвёрдость образцов определяли на микротвёрдомере AFFRI-MVDM 8 (AFFRI). Кажущуюся плотность (ркаж) спечённой керамики вычисляли по геометрическим размерам и массе образцов, а расчёт пористости (П, %) выполняли по формуле П = 100, где ррент— рентгенографическая плотность, г/см3. Электропроводность образцов измеряли четырёхконтактным методом в режиме нагрева- охлаждения на постоянном токе на воздухе в интервале температур 300-1100 К со средней скоростью нагрева/охлаждения 3 К/мин. До измерений проводимости на гранях образцов формировали электроды путём вжигания серебряной пасты при 1100 К в течение 5 мин. Значения кажущейся энергии активации электропроводности (E0) образцов рассчитывали из линейных участков зависимостей ln (ст-7) = /(1/Т). © Журавлева Я. Ю., 2024 166