Введение
1. Обзор литературы 9
1.1. Устройство твердооксидных топливных элементов 9
1.1.1. Характеристики и принцип работы топливных элементов 9
1.1.2. Основные компоненты твердооксидного топливного элемента
1.2. Кристаллическая структура купратов редкоземельных элементов и стронция 15
1.3. Соединения в системах LnOx - SrO - CuO (Ln = La, Pr, Nd, Sm) 23
1.4. Термомеханические свойства и электропроводность перовскитоподобных сложных оксидов редкоземельных элементов
1.4.1. Коэффициенты термического расширения сложных оксидов переходных металлов и РЗЭ 25
1.4.2. Электропроводность сложных оксидов переходных металлов и РЗЭ 26
1.4.3. Зависимость электропроводности купратов от парциального давления кислорода 30
1.5. Диффузия ионов кислорода в купратах редкоземельных элементов и стронция 32
1.5.1. Подвижность кислорода в структуре купратов 32
1.5.2. Исследование диффузии ионов кислорода в сложных оксидах с использованием вторичной ионной масс-спектрометрии 36
1.6. Купраты редкоземельных элементов как материалы для катодов твердооксидных топливных элементов 39
2. Экспериментальная часть 45
2.1. Синтез образцов 45
2.1.1. Исходные вещества и реактивы 45
2.1.2. Методика твердофазного синтеза 45
2.1.3. Методика золь-гель синтеза 46
2.1.4. Приготовление образцов с высокой плотностью 46
2.2. Методы анализа 47
2.2.1.Рентгенофазовый анализ 47
2.2.2. Химический анализ (определение индекса кислородной нестехиометрии) 47
2.2.3.Термический анализ 48
2.2.4. Исследование ближней тонкой структуры спектров рентгеновского поглощения образцов (XANES) 48
2.2.5. Определение коэффициента термического расширения 48
2.2.6. Высокотемпературный рентгеноструктурный анализ 48
2.2.7. Изучение диффузии кислорода с применением метода изотопного обмена и вторичной ионной масс-спектрометрии 49
2.2.8. Метод динамического светорассеяния 50
2.2.9. Сканирующая электронная микроскопия и электронно-зондовый рентгеноспсктральный микроанализ
2.3. Моделирование процессов ионного переноса в купратах методом молекулярной динамики 50
2.4. Приготовление электрохимических ячеек и методы измерения электропроводности. 2.4.1. Измерение электропроводности на постоянном токе 51
2.4.2. Измерение электрохимических характеристик методом импедансной спектроскопии 53
2.4.3. Измерение электрохимических характеристик модельных ячеек ТОТЭ 55
3. Результаты и их обсуждение 57
3.1. Синтез и характеризация образцов 57
3.1.1. Синтез керамических образцов 57
3.1.2. Изменение кислородного содержания с температурой 60
3.1.3. Исследование ближней тонкой структуры спектров рентгеновского поглощения -.62
3.2. Исследование термического расширения образцов 65
3.2.1. Дилатометрические исследования 65
3.2.2.Высокотемпературный рентгеноструктурный анализ 67
3.3. Измерение электропроводности на постоянном токе 76
3.3.1.Исследования электропроводности на воздухе 76
3.3.2. Измерение электропроводности купратов в атмосфере с контролируемым содержанием кислорода 80
3.4. Диффузия кислорода и кислород-ионная проводимость в РГ2С11О4 87
3.5. Компьютерное моделирование системы Pr2Cu04 методом молекулярной динамики 92
3.6. Исследование обратимости по кислороду границы купрат / электролит и модельных ячеек ТОТЭ 99
3.6.1. Изучение взаимодействия компонентов на границе купрат / электролит 99
3.6.2.Измерение электрохимических характеристик границы РГ2С11О4 / GDC методом импедансной спектроскопии 101
3.6.3.Измерение электрохимических характеристик модельных ТОТЭ 108
Выводы 111
