Ионный транспорт сложнооксидных фаз семейства LAMOX и композитов на их основе
Аннотация
Одним из интенсивно развивающихся направлений альтернативной энергетики является разработка топливных элементов – электрохимических устройств, преобразующих энергию химических реакций в электрическую энергию при использовании подающихся извне окислителя и топлива. Повышенный интерес к твердооксидным топливным элементам (ТОТЭ) с рабочим диапазоном температур 500-700ºC обусловлен рядом преимуществ таких устройств перед низко- и высокотемпературными ТОТЭ.
При разработке электрохимических устройств исследователи вынуждены решать ряд материаловедческих проблем, в том числе проблему подбора твердого электролита, обладающего комплексом функциональных свойств. На сегодняшний день в качестве материала для электролитических мембран ТОТЭ наиболее широко используется оксид циркония ZrO2 со структурой дефектного флюорита, стабилизированный 8 мол.% оксида иттрия (YSZ). Однако твердые электролиты на основе YSZ имеют высокие рабочие температуры, а также подвержены деградации свойств вследствие изменения фазового состава.
Относительно новым классом кислород-ионных проводников является семейство фаз LAMOX с базовым соединением La2Mo2O9. Кубическая β-модификация La2Mo2O9 характеризуется структурной разупорядоченностью кислородной подрешетки, что обеспечивает сопоставимый со стабилизированным ZrO2 уровень ионной проводимости. Однако β-модификация стабильна только при температурах выше ~580oC, при более низких температурах существует моноклинная α-модификация. Наличие структурного фазового перехода α-La2Mo2O9↔β-La2Mo2O9 существенно ограничивает возможности практического применения Lа2Мо2О9.
Метод катионного допирования традиционно широко используется в качестве способа оптимизации функциональных свойств Lа2Мо2О9. Принципиально иной стратегией выступает метод гетерогенного допирования, предполагающий создание композиционных систем. Метод гетерогенного допирования дисперсными оксидами был успешно реализован для низкотемпературных протонных проводников на основе кислых солей. Однако исследования композиционных твердых электролитов на основе кислород-проводящих сложных оксидов продолжают оставаться немногочисленными.
Помимо перспектив практического использования композиционных твердых электролитов в электрохимических приложениях, также важно отметить научный аспект настоящей работы, который связан с изучением феномена ионного транспорта в гетерофазных системах.
При разработке электрохимических устройств исследователи вынуждены решать ряд материаловедческих проблем, в том числе проблему подбора твердого электролита, обладающего комплексом функциональных свойств. На сегодняшний день в качестве материала для электролитических мембран ТОТЭ наиболее широко используется оксид циркония ZrO2 со структурой дефектного флюорита, стабилизированный 8 мол.% оксида иттрия (YSZ). Однако твердые электролиты на основе YSZ имеют высокие рабочие температуры, а также подвержены деградации свойств вследствие изменения фазового состава.
Относительно новым классом кислород-ионных проводников является семейство фаз LAMOX с базовым соединением La2Mo2O9. Кубическая β-модификация La2Mo2O9 характеризуется структурной разупорядоченностью кислородной подрешетки, что обеспечивает сопоставимый со стабилизированным ZrO2 уровень ионной проводимости. Однако β-модификация стабильна только при температурах выше ~580oC, при более низких температурах существует моноклинная α-модификация. Наличие структурного фазового перехода α-La2Mo2O9↔β-La2Mo2O9 существенно ограничивает возможности практического применения Lа2Мо2О9.
Метод катионного допирования традиционно широко используется в качестве способа оптимизации функциональных свойств Lа2Мо2О9. Принципиально иной стратегией выступает метод гетерогенного допирования, предполагающий создание композиционных систем. Метод гетерогенного допирования дисперсными оксидами был успешно реализован для низкотемпературных протонных проводников на основе кислых солей. Однако исследования композиционных твердых электролитов на основе кислород-проводящих сложных оксидов продолжают оставаться немногочисленными.
Помимо перспектив практического использования композиционных твердых электролитов в электрохимических приложениях, также важно отметить научный аспект настоящей работы, который связан с изучением феномена ионного транспорта в гетерофазных системах.