Введение к работе
Актуальность работы. К моменту выполнения настоящей диссертационной работы было известно, что твердые электролиты на основе ВаСеОз обладают высокотемпературной протонной проводимостью. Достаточно подробно описаны общая и ионная проводимости керамики BaCei.xRx03^ ( R - редкоземельный элемент (РЗЭ)) на воздухе. Протонная проводимость на воздухе изучена значительно слабее. Сведения об ионной проводимости в восстановительной водородсодержащей атмосфере имеют отрывочный характер, данных о протонной проводимости нет совсем. Исследован очень узкий круг добавок: допанты, в основном, Nd, Gd, Y, х=0,00-И),25. Данных по влиянию влажности на протонную проводимость нет. Кроме того, остается спорным вопрос о фазовых переходах в системе BaCej. xRxCb-s и механизме переноса водорода. Потребность в исследовании таких электролитов появилась в последние годы не только из-за необходимости решения чисто научных задач (изучения закономерностей ионного и электронного переноса, определения природы ионного переноса и влияния на него различных факторов), но и вследствие их возможного практического применения в различных электрохимических устройствах. Поэтому синтез и систематическое исследование высокотемпературных протонных твердых электролитов BaCei.xRx03-s, обладающих высокими электрическими характеристиками и систематическое изучение их физико-химических свойств представляется весьма актуальным.
Дель работы. Синтез и систематическое исследование твердых растворов на основе церата бария BaCei.xRx03-s (R = Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; x = 0,00-^-0,75) с целью выявления закономерностей ионного, в частности водородного, и электронного переноса в зависимости от основных факторов, влияющих на физико-химические свойства (температуры, состава газовой фазы, природы и уровня допирования).
Научная новизна. Синтезирован ряд высокотемпературных протон-проводящих твердых электролитов на основе ВаСеОз: BaCei_xRx03-6 ( R = Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; x = 0,15); BaCeb xNdx03.s (x=0,00+0,16); ВаСеьхЕгхОз-5 (x=0,03-s-0,75). Впервые проведено систематическое исследование физико-химических и электрофизических свойств указанных твердых электролитов, а именно, фазового состава, коэффициента термического расширения, закономерностей общего, ионного и электронного переноса, а также природы ионного переноса в зависимости от температуры, состава газовой фазы, природы и уровня допирования. Обнаружена область аномального поведения керамики ВаСеі.хЕгхОз-8. Установлено существование структурных переходов,
инициированных изменением парциального давления кислорода в изотермических условиях. Впервые изучены закономерности водородного переноса в восстановительной водородсодержащей атмос-фере. Предложены возможные квазихимические реакции взаимодействия водорода с керамикой BaCe^RxCb-g в восстановительной водородсодержащей атмосфере.
Практическое значение работы. Синтезированные в ходе выполнения диссертационной работы высокотемпературные протонные твердые электролиты обладают высокими электрическими характеристиками и могут быть предложены для практического использования в различных высокотемпературных электрохимических устройствах. Твердые электролиты на основе церата бария - перспективный материал для определения активности водорода в газовой фазе и в расплавах; для определения концентрации водородсодержащих соединений, таких как вода и углеводороды; для дозированной подачи водородсодержащих газов. Особенно перспективно использование BaCei.xRx03-s в качестве разделительной мембраны в топливных элементах. Установлены факторы, варьируя которые, можно добиться максимальной величины водородной проводимости.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на X Всесоюзной конференции по физической химии и электрохимии ионных расплавов и твердых электролитов (Свердловск, 1992), на семинаре памяти СВ. Карпачева (Екатеринбург, 1996), на XI Конференции по физической химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов (Екатеринбург, 1998); были представлены на 10-ой международной конференции по ионике твердого тела (Сингапур, 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы. Материал изложен на 218 страницах, куда входят 96 рисунков, 13 таблиц. Список литературы содержит 155 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Работа выполнялась согласно теме "Исследование высокотемпературных твердых электролитов, неметаллических электродных и композиционных материалов", N гос. регистрации 01. 860 034492.
