Особенности переноса заряда в материалах со смешанной электронно-ионной проводимостью

• Автор: Бурмистров, Илья Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Введение
2. Обзор литературы
2.1. Топливные элементы
2.2. Материалы с ионной и смешанной ионно-электронной 16 проводимостью на базе оксида висмута (В120з)
2.3. Сложные перовскитоподобные оксиды
3. Методики и образцы
3.1. Исходные вещества и методики измерения
3.2. Приготовление модельных образцов ТОТЭ планарной геометрии
3.3. Приготовление образцов ТОТЭ со «встроенным» потенциальным электродом
3.4. Испытание электрохимических характеристик ТОТЭ
со стандартным Ь8М катодом
4. Методика «встроенного» потенциального электрода
5. Материалы со смешанной ионно-электронной проводимостью
5.1. Фазовые переходы и ионная проводимость в 75 керамиках семейства Ва-ВьО
5.2. Новый катодный материал семейства Бг-У-Со-Мп
6. Токовая неустойчивость на катодах ТОТЭ
7. Основные результаты
8. Список литературы

1. Введение
Материалы со смешанным типом проводимости привлекают внимание исследователей не только в связи с широкими возможностями практического их применения в различных электрохимических устройствах (газовые сенсоры, разделительные мембраны, топливные элементы (ТЭ) и т.д.), но и как объекты исследования, обладающие уникальными транспортными свойствами. Материалы со смешанным типом проводимости можно разделить на две группы: композиционные материалы, т.е. смеси нескольких фаз, обладающих различными типами проводимости (например, композиционный М-УЭЕ анод твёрдооксццного топливного элемента (ТОТЭ)), и однофазные соединения, в которых транспорт заряда одновременно осуществляется несколькими типами носителей (электронами и ионами). В силу быстрого развития индустрии элекгрохимических устройств, основной интерес исследователей, занимающихся материалами со смешанным типом проводимости, был сосредоточен на создании новых материалов и их практическом применении. При этом одна из принципиальных особенностей материалов со смешанным типом проводимости — наличие двух типов носителей заряда (электронов и ионов) и взаимодействие между ними — оставалась слабо изученной.
Наличие нескольких сильно взаимодействующих подсистем носителей заряда позволяет ожидать в таких материалах возникновения принципиально новых физических явлений. Действительно, внешние воздействия, приводящие к перераспределению мобильных ионов, должны сопровождаться изменениями в распределении электронов и в их энергетическом спектре. С другой стороны, протекание электронного тока и поляризация решетки должны приводить к перераспределению мобильных ионов. Особый интерес представляют контакты «смешанный

проводник — ионный проводник» и «смешанный проводник — электронный проводник». Именно в области гетероперехода взаимодействие ионной и электронной подсистем носителей заряда должно в первую очередь приводить к возникновению новых явлений.
Данная диссертационная работа посвящена исследованию особенностей переноса заряда в материалах со смешанным типом проводимости и изучению новых явлений, возникающих при применении таких материалов в качестве катодов ТОТЭ.

присутствующих в смеси катионов и 1 моль заряда катионов, входящих в состав оксида. Полученные растворы, а также цитрат аммония (NH4)2C6H607 нитрат кобальта Co(N03)2-6H20 и ацетат марганца Мп(СН3СОО)2-З.ЗН20 растворяли в 100 мл воды. После полного растворения проводили измерения pH среды при помощи индикаторной бумаги и при необходимости его значение доводили до 5-6 путем добавления раствора аммиака. На 100 мл раствора брали навески 5 г. акриламида и 1 г. бмс-акриламида на технических весах и добавляли к уже полученному раствору. После этого раствор нагревался до температуры кипения, вследствие чего происходила его полимеризация. Полученный гель отжигался на воздухе при 900°С в течение 2 часов. Конечный отжиг проводили при 1000°С в течение 1 часа. Полученный порошок перемалывали в планетарной мельнице Fritsch Pulverizette 6 в среде этанола с добавлением рыбьего жира в помольном сосуде из карбида вольфрама в течение 7 часов.
Используемые методики
а) Исследование температурной зависимости проводимости
Измерения высокотемпературной электропроводности составов LSM и SYCM осуществляли на воздухе стандартным четырехконтактным методом в температурном интервале 25-900°С. Измерения проводились на компактах, изготовленных из исходных порошков методом одноосного прессования с последующим отжигом при температуре 1300°С.
Величина объемной проводимости керамики YSZ и кристаллов семейства Ba-Bi-0 определялась из анализа частотных зависимостей комплексного импеданса. Для импедансных измерений кристаллов семейства Ba-Bi-0 из исходных буль при помощи струнной пилы (wire saw) выпиливались пластинки различных ориентаций (вдоль и перпендикулярно оси 6-ого порядка) толщиной ~1мм. Измерения объёмной проводимости YSZ проводились на компактах, изготовленных при помощи одноосного прессования порошка YSZ (TZ-8Y, TOSOH, Япония) с последующим отжигом при температуре 1500°С в