Структура и электротранспортные свойства катиондефицитных производных слоистого феррокупрокобальтита неодима–бария

Abstract

Перспективными катодными материалами для среднетемпературных твердооксидных топливных элементов на основе протон- или кислородионпроводящих твердых электролитов являются слоистые двойные пероскиты (СДП) на основе редкоземельных элементов, бария и 3d-металлов, обладающие высокой электропроводностью и электрокаталитической активностью в реакции восстановления кислорода. Для улучшения функциональных характеристик СДП используют различные стратегии: а) создание композитов на основе СДП, б) частичное замещение катионов и в) создание дефицита катионов в различных позициях структуры СДП. Достоинством последней стратегии является то, что она не требует усложнения химического и, как правило, фазового состава СДП. Целью настоящего исследования явилось изучение влияния дефицита неодима и бария на структурные и электротранспортные характеристики СДП NdBaFeCo0.5Cu0.5O6–d. Образцы были получены керамическим методом и охарактеризованы при помощи рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии поглощения, иодометрии, электронной микроскопии, термического анализа, а также методов исследования электропроводности и термо-ЭДС. Создание до 10 мол. % вакансий в подрешетках неодима или бария слабо сказывается на величинах индекса кислородной нестехиометрии (d) и параметров элементарной ячейки производных NdBaFeCo0.5Cu0.5O6–d, однако приводит к увеличению размера кристаллитов (определенного по методам Шеррера, Уильямсона–Холла и размеранапряжения) и термической стабильности этих фаз. Величины удельной электропроводности и коэффициента Зеебека керамики, в целом, возрастают, а энергий активации процесса электропереноса уменьшаются при создании дефицита неодима или бария в ее структуре. В интервале температур 300–700 К взвешенная подвижностьносителей заряда («дырок») изменяется в пределах 0.04–0.8 см2/(В·с) и увеличивается с ростом температуры, что характерно для поляронного механизма проводимости, а их концентрация варьируется в пределах (0.1–3)·1020 см–3, экспоненциально растет с увеличением температуры и, в целом, при создании дефицита неодима или бария в структуре NdBaFeCo0.5Cu0.5O6–d

Keywords

• слоистые двойные перовскиты
• дефицит катионов
• структура
• термическая стабильность
• электропроводность
• термо-эдс
• взвешенная подвижность
• концентрация носителей заряда