СТРУКТУРА, ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СЛОИСТЫХ НИКЕЛАТОВ ЛАНТАНОИДОВ, ДОПИРОВАННЫХ КАЛЬЦИЕМ

Елена Юрьевна Пикалова, Александр Анатольевич Кольчугин, Владислав Александрович Садыков, Екатерина Михайловна Садовская, Елена Александровна Филонова, Никита Федорович Еремеев, Н. М. Богданович

Результат исследований: Вклад в журналСтатья

Аннотация

Прогресс в области водородной энергетики и перспективные направления ее современного развития тесно связаны с разработкой топливных элементов, в том числе, твердооксидных топливных элементов и твердофазных мембран для получения водорода, кислорода и синтез-газа. Необходимым условием производства конкурентоспособных устройств в данной области является использование электродных материалов, сочетающих высокую электрохимическую активность, стабильность характеристик во времени и низкую стоимость. Оксиды Ln2NiO4 со слоистой структурой Раддлесдена - Поппера с высокой смешанной ионно-электронной проводимостью и умеренными коэффициентами теплового расширения являются перспективными материалами для кислородпроводящих мембран и катодов среднетемпературных твердооксидных топливных элементов. В настоящей работе проведены исследования структуры, электропроводности, подвижности кислорода и электрохимических свойств Ln2-x Ca x NiO4+δ (Ln = La, Pr, Nd; x = 0; 0,3) с целью выявления факторов, оказывающих наиболее значительное влияние на электрохимическую активность и стабильность электродов. Установлено, что допирование кальцием приводит к стабилизации структуры и увеличению электропроводности материалов. Однако электрохимическая активность электродов с введением кальция снижается в разной степени, зависящей от природы лантаноида. Прямой связи такого снижения ни с электрическими свойствами, ни с содержанием междоузельного кислорода не было обнаружено. Выявлена корреляция поляризационного сопротивления электродов с реакционной способностью (константой обмена) и подвижностью (коэффициентом самодиффузии) кислорода в электродном материале. С помощью метода C18O2 SSITKA показано, что общая подвижность кислорода в допированных материалах падает при уменьшении содержания высокоподвижного междоузельного кислорода и нарушении кооперативного механизма переноса кислорода. В случае La1,7Ca0,3NiO4+δ это приводит к появлению канала медленной диффузии и существенному уменьшению суммарного коэффициента диффузии, что может быть причиной значительного увеличения поляризационного сопротивления электродов. В материалах с празеодимом и неодимом такое явление не наблюдалось. Разработанные в данном исследовании электроды на основе Pr1,7Ca0,3NiO4+δ и Nd1,7Ca0,3NiO4+δ имеют приемлемый уровень электрохимической активности наряду с высокой электропроводностью и повышенной стабильностью по сравнению с недопированными составами и могут быть рекомендованы в качестве катодов среднетемпературных топливных элементов.
Переведенное названиеStructure, Transport Properties and Electrochemical Behavior of the Layered Lanthanide Nickelates Doped with Calcium
Язык оригиналаРусский
Страницы (с-по)70-93
Число страниц24
ЖурналМеждународный научный журнал "Альтернативная энергетика и экология"
Номер выпуска1-3 (249-251)
DOI
СостояниеОпубликовано - 2018

ГРНТИ

  • 31.15.00 Физическая химия

Уровень публикации

  • Перечень ВАК

Fingerprint Подробные сведения о темах исследования «СТРУКТУРА, ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СЛОИСТЫХ НИКЕЛАТОВ ЛАНТАНОИДОВ, ДОПИРОВАННЫХ КАЛЬЦИЕМ». Вместе они формируют уникальный семантический отпечаток (fingerprint).

Цитировать