Высокотемпературные протонные проводники на основе церата бария, допированного 3-d элементами

• Автор: Медведев, Дмитрий Андреевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Оглавление
Список условных обозначений и сокращений
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Протонпроводящие материалы
1.2. Высокотемпературные протонные проводники
1.3. Высокотемпературные протонные проводники на основе церата бария
1.3.1. Материалы на основе недопированного и допированного церата бария
1.3.2. Общая проводимость
1.3.3. Протонная проводимость
1.4. Влияние различных факторов на проводимость материалов на основе церата бария
1.4.1. Влияние природы образующих структуру элементов и природы допантов
1.4.2. Температурная зависимость проводимости
1.4.3. Зависимость проводимости от парциального давления кислорода и паров воды
1.5. Влияние допирования 3-с1 элементами на свойства церата бария
1.5.1. Влияние меди
1.5.2. Влияние кобальта
1.5.3. Влияние никеля
1.5.4. Влияние цинка
1.5.5. Исследование влияния допирования 3-с1 элементами на свойства церата бария как способ подбора совместимых электродных материалов
1.6. Смешанные системы ВаСе03-Ва2гОз
1.6.1. Методы улучшения стабильности материалов на основе ВаСеОз
1.6.2. Твердые растворы ВаСе03-Ва2г03
1.7. Постановка задачи
Глава 2. Методика эксперимента
2.1. Синтез материалов и подготовка образцов для исследований
2.1.1. Синтез материала электролита и подготовка керамических образцов

2.1.2. Синтез материалов для электрохимической ячейки и ее изготовление
2.2. Методики аттестации порошковых материалов и керамических образцов
2.2.1. Рентгенофазовый анализ
2.2.2. Растровая электронная микроскопия
2.2.3. Анализ микроструктуры поверхности материалов
2.2.4. Определение элементного состава материалов
2.2.5. Определение кажущейся и относительной плотности
2.2.6. Комплексный термический анализ
2.2.7. Измерение проводимости
2.2.7.1. Измерение температурной зависимости проводимости
2.2.7.2. Измерение проводимости в зависимости от парциального давления кислорода
2.2.7.3. Измерение проводимости в среде 02-Н20 и Н20-Н2
2.2.8. Исследование вольтамперной характеристики единичной электрохимической ячейки
Глава 3. Влияние 3-с1 элементов на структурные и керамические свойства материалов на основе церата бария
3.1. Структурные свойства материалов на основе церата бария
3.1.1. Система ВаСе|-хСбхОз-й
3.1.2. Система ВаСе0.9_хОй0!іСихОз
3.1.3. Система ВаСеод-хОфСохОз-а
3.1.4. Система ВаСео,9-хОйо,іхОз
3.1.5. СистемаВаСеотГхОйо.гСиодзОз-з
3.1.6. Выводы
3.2. Керамические свойства материалов на основе церата бария
3.2.1. Плотность и микроструктура керамических образцов
3.2.1.1. Система ВаСео-хОйоСщОз
3.2.1.2. Система ВаСеод-хОс1о,іСохС)з
3.2.1.3. Система ВаСео-хОйоПцОз-б
3.2.1.4. Система ВаСео-ГхОйодСиодзОз

3.2.2. Анализ микроструктуры поверхности образцов состава BaCe0,9.xGdojMx03.g (M=Cu, Ni, Со; 0<х<0,1)
3.2.3. Температурные режимы спекания материалов на основе церата бария, допированных З-d элементами
3.2.4. Выводы
Глава 4. Исследование влияния З-d элементов на электрические свойства материалов на основе церата бария
4.1. Электрические свойства материалов на воздухе
4.1.1. Система BaCe!.xGdx03-g
4.1.2. Система BaCe0,9-xGdo іСихОз_§
4.1.3. Система BaCeo,9-xGdojCox
4.1.4. Система BaCeo;9-xGd0,iNix03-s
4.1.5. Система BaCeo,77-xZrxGdo,2Cuo.o
4.2. Сравнение электрических свойств материалов в восстановительной и
окислительной атмосфере
4.3. Электрические свойства материалов в зависимости от парциального
давления кислорода
4.4. Электрические свойства материалов в зависимости от парциального
давления кислорода и паров воды
4.5. Выводы
Глава 5. Испытание единичной ячейки на основе тонкослойного электролита
5.1. Свойства материалов катода и анода
5.2. Формирование двухслойной и трехслойной структуры единичной
электрохимической ячейки и исследование ее свойств
5.3. Выводы
Основные результаты и выводы
Список литературы

синтезировать однофазные материалы требуемого состава при 1000°С. Спекание порошков проводили при различных температурах (в зависимости от содержания кобальта), добиваясь формирования керамики с относительной плотностью более 95%. Увеличение концентрации кобальта в системе ВаСео;годУ0.1 уСоу03 5 с у=0,02 до у=0,1 позволило снизить температуры спекания образцов с 1425 до 1100°С, соответственно. Эксперимент, проведенный с использованием пароводяной концентрационной ячейки, показал, что материал состава ВаСеоГо УЪо.сиСоо.озОз-з во влажном водороде обладает ионной проводимостью. При этом в диапазоне температур 500-900°С числа переноса протонов оказались выше, чем числа переноса ионов кислорода приблизительно в 3-4 раза. Возможность использования такого материала как электролита для единичной ячейки ТОТЭ было экспериментально подтверждено в дальнейшей работе этих авторов [101].
Оксид кобальта обуславливает лучшее спекание не только керамики на основе церата бария, но и цирконата бария. Спекание образцов составов ВаУгцдУо ]-хСохОз_б при 1450°С (время выдержки 6 ч) позволило получить керамику с относительной плотностью 79,2 и 94,9% при х=0 и 0,01, соответственно [102].
1.5.3. Влияние никеля
Исследования по спеканию керамических материалов при введении оксида никеля в литературе фрагментарны [102, 103, 104].
В [103] установлено, что добавка 1 моль.% N70 благоприятно влияет на уплотнение керамики 8У82: при ее введении плотность образцов, спеченных при 1400°С, увеличивается с 85 до 92%.
Заметный эффект увеличения плотности керамики на основе цирконата бария достигнут в [104]. Авторами было исследовано влияние ряда оксидов