ИСТИНА

В настоящее время актуальна задача совершенствования методов электрохимической генерации энергии. Одним из решений данной проблемы являются топливные элементы, в частности, высокотемпературные твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ). В последнее время все больший интерес вызывают так называемые протонпроводящие ТОТЭ, в которых в качестве электролита выступает сложнооксидное соединение, обладающее протонной проводимостью при высокой температуре. К таким материалам относятся допированные сложные оксиды на основе BaCeO3, BaZrO3, Ba2In2O5, LaNbO4, La2Ti2O7, а также их аналоги [1]. Преимущество таких ТОТЭ заключается в их более низкой рабочей температуре (600 – 800ºС против 800 – 1000ºС), а также в том, что на стороне катода образуется водяной пар, благодаря чему не происходит разбавление водородного топлива парами воды. В данной работе были синтезированы новые сложные оксиды Sr2In0.5Nb0.5O4 и Sr3InNbO7 со структурой первого и второго гомолога ряда фаз Раддлесдена-Поппера, соответственно. Показано наличие высокотемпературной протонной проводимости в этих фазах, а также в твердых растворах замещения на их основе Sr2(In,Nb,M)O4-y(OH)y, где M = Mg2+, Ti+4 и Sr3InNb0.95Ti0.05O6.95(OH)0.05. Синтез образцов проводили при высокой температуре 1250-1300оС, 48-72 ч с использованием в качестве исходных веществ оксидов соответствующих металлов и карбоната стронция с промежуточным отжигом при 900ºС, 24 ч. В качестве методов исследования использовали рентгенофазовый анализ (РФА), дилатометрию и измерение высокотемпературной электропроводности в сухом и влажном воздухе. Из данных рентгенофазового анализа образца Sr2In0.5Nb0.5O4 следует, что была получена новая фаза со структурой K2NiF4. Она кристаллизуется в ромбической сингонии (пр. гр. Pmcb) с параметрами элементарной ячейки: а=5.7558(1) Å, b=5.7679(1) Å, c=12.6064(2) Å. Соединение Sr3InNbO7 кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами элементарной ячейки: а=5.737(2) Å, b=5.760(1) Å, c=20.741(3) Å. Показано, что в кристаллической структуре данных фаз происходит упорядочение катионов In3+ и Nb5+ по В-позициям. Кроме того, с целью создания материалов с высокотемпературной протонной проводимостью на основе этих фаз были получены твердые растворы замещения: Sr2In0.5-xMgxNb0.5O4-x(OH)x, x=0.05 и 0.1, Sr2In0.5Nb0.5-xTixO4-x(OH)x, x=0.05 и 0.1 и Sr3InNb0.95Ti0.05O6.95(OH)0.05. На температурной зависимости электропроводности наблюдается значительное повышение проводимости во влажной атмосфере при температурах ниже 720℃, исходя из чего, можно сделать вывод о том, что образцы обладают протонной проводимостью. Наибольшей величиной протонной проводимости обладает состав Sr2In0.5Nb0.5O4 (σ(490℃) =10-4 См·см-1). Величины энергии активации составляют 1-1.15 эВ. Также в работе проанализированы термомеханические свойства полученных фаз.