Том 59, № 1 (2023)

На основании анализа публикационной активности с использованием единой библиографической и реферативной базы данных рецензируемой научной литературы Scopus установлены тенденции развития основных разделов ионики твердого тела. Указаны перспективные области исследований, связанные с in situ и operando экспериментами, искусственным интеллектом (машинным обучением) и конструированием новых устройств с использованием суперионных материалов.

Была рассмотрена литература по следующим вопросам: преимущества электрохимических суперконденсаторов (ЭХСК) перед аккумуляторами. Показано, что основным недостатком ЭХСК является быстрый саморазряд. Проведено исследование саморазряда ЭХСК; были описаны методы исследования саморазряда, влияние на саморазряд функциональных углеродных групп (ФГ), механизмы саморазряда и математическое моделирование саморазряда. Была описана разработка новых устройств суперконденсаторов для минимизации саморазряда, а именно добавки в электролит, твердотельные суперконденсаторы, ЭХСК с ионообменными мембранами, использование беспримесных электролитов, методы химической модификации электродов для замедления саморазряда. Было проведено исследование саморазряда ЭХСК с электродами на основе активированной углеродной (АУ) ткани СН 900 компании Kuraray с водным электролитом 1 М MgSO_4. Установлено, что скорость саморазряда через ~70 мин после его начала пропорциональна напряжению заряда. Зависимость же скорости саморазряда через 2000 мин после его начала от напряжения имеет минимум. Этот минимум объясняется, во-первых, существенным вкладом в емкость псевдоемкости фарадеевских редокс-реакций ФГ, а во-вторых, само наличие этих групп увеличивает скорость саморазряда. В области низких напряжений доминирует первый фактор, а в области высоких напряжений – второй фактор.

Обсуждаются электростатические свойства многозарядных коллоидов (так называемых DLVO-комплексов) вблизи границы двух сред с разными диэлектрическими постоянными. Показано, что оставаясь квазинейтральными в объеме электролита DLVO, коллоиды оказываются частично заряженными вблизи границы z = 0, разделяющей эти среды. Подробно рассмотрена задача о взаимодействии отдельного коллоида, имеющего твердое затравочное ядро \({{R}_{0}} \gg {{\alpha }_{0}}\) (a₀ – межатомное расстояние) и заряд \(Q = Ze \gg e\) (e – элементарный заряд) с границей металл/электролит. Задача имеет разнообразные приложения в диагностике DLVO-комплексов и практике работы с растворами, способными поддерживать электрофорезное движение коллоидных образований.

Гексагональный твердый раствор La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.11), а также ромбическая низкотемпературная фаза β-La₂WO₆ (La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x = 0)) получены с использованием метода предварительно механической активации оксидов и последующего высокотемпературного синтеза при 1400°С, 4 ч. Дополнительно, методом кристаллизации из раствора в расплаве выращен монокристалл состава La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.22), изоструктурный La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.11). Обе керамики и монокристалл исследованы методами рамановской спектроскопии, РФА, термоанализа и термогравиметрии. Проводимость исследована методом импеданс-спектроскопии в сухом и влажном воздухе. Для гексагонального монокристалла La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.22) обнаружена сильная люминесценция в ИК‑области по сравнению с гексагональной керамикой La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.11) и β-La₂WO₆ керамикой ромбической структуры. В работе показано, что поликристаллическая керамика La₂W_1 + xO_6 + 3x (x ~ 0.11) более устойчива в окислительно-восстановительных условиях по сравнению с монокристаллом. Проводимость гексагонального монокристалла La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.22) носит кислород-ионный характер и ниже проводимости керамики La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.11) в силу совершенства его структуры. Вклад протонной составляющей проводимости отсутствует у гексагонального твердого раствора La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x~ 0.11) и у монокристалла La₂W_{1 + x}O_{6 + 3x} (x ~ 0.22), и их проводимость – чисто ионная с близкими значениями энергий активации (0.89 и 1.08 эВ соответственно). β-La₂WO₆ керамика, синтезированная в настоящей работе, имеет небольшой вклад протонной проводимости во влажном воздухе, который составляет ~1 × 10^–6 См/см при 600°С, и близок по величине к проводимости ранее изученного легированного стронцием твердого раствора La_1.96Sr_0.04WO_{6 – δ} на основе β-La₂WO₆.