Том 59, № 6 (2023)

В настоящей работе методом механической активации с последующим высокотемпературным синтезом при 1600°С (3–10 ч) синтезирована высокоплотная керамика Ln₂Hf₂O₇ (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) и проведено сравнение ее транспортных свойств с твердыми растворами Ln_2.1Hf_1.9O_6.95 (Ln = La, Nd, Sm, Eu). Общая проводимость керамики исследована на переменном (метод импеданс-спектроскопии) и постоянном токе, а также для Ln₂Hf₂O₇ (Ln = Sm, Eu) – методом определения общей проводимости в зависимости от парциального давления кислорода. Максимальная кислород-ионная проводимость установлена для Gd₂Hf₂O₇ (~1 × 10^–3 См/см при 700°C), и впервые показано, что ее величина близка к проводимости Gd₂Zr₂O₇ (~2 × 10^–3 См/см при 700°C). Таким образом, гафнат гадолиния может оказаться перспективным материалом для дальнейшего легирования с целью получения высокопроводящих электролитов. Протонная проводимость среди чистых гафнатов РЗЭ достоверно установлена только у Nd₂Hf₂O₇, однако измерения на переменном токе показали низкотемпературную протонную проводимость до 450°С и для Gd₂Hf₂O₇. С уменьшением ионного радиуса лантаноида возрастает кислород-ионная проводимость в ряду Ln₂Hf₂O₇ (Ln = La, Nd, Sm, Gd). Хотя проводимость гафната самария на порядок ниже, чем у Gd₂Hf₂O₇, он обладает широким диапазоном кислород-ионной проводимости (~10^–18–1 атм при 700, 800°C), а вклад дырочной проводимости на воздухе отсутствует, в отличие от Eu₂Hf₂O₇. Среди твердых растворов Ln_2.1Hf_1.9O_6.95 (Ln = La, Nd, Sm, Eu) протонную проводимость ~8 × 10^–5 См/см при 700°C показали Ln_2.1Hf_1.9O_6.95 (Ln = La, Nd). С уменьшением ионного радиуса лантаноида протонная проводимость исчезает, а кислород-ионная возрастает.

Изготовлена симметричная электрохимическая ячейка “пористый электрод Bi₃Ru₃O₁₁–35 мас. % Bi₂O₃|твердо-расплавный электролит Bi₂O₃–0.2 мас. % B₂O₃|пористый электрод Bi₃Ru₃O₁₁–35 мас. % Bi₂O₃”. С помощью методов импедансной спектроскопии и кулоновольюмометрии измерены омическое и поляризационное сопротивления ячейки, фарадеевская эффективность и поток кислорода, которые при 740°C составили 0.046 и 0.077 Ом см², 97% и 5 × 10^–7 моль см^–2 с^–1 соответственно. Установлено влияние смачивания поверхности пористых электродов на поляризационное сопротивление. Отмечены перспективы использования электродного Bi₃Ru₃O₁₁–35 мас. % Bi₂O₃ и электролитного Bi₂O₃–0.2 мас. % B₂O₃ материалов в электрохимических генераторах кислорода.