ТЕРМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ САМОГЕНЕРИРУЮЩЕГОСЯ КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ BaCe_0.5Fe_0.5O_3-δ

Кузнецова П.С.^(1,2), Тарутина Л.Р.^(1,2), Медведев Д.А.^(1,2)

⁽¹⁾ Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

⁽²⁾ Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

620066, г. Екатеринбург, ул. Академическая, д. 20

Протонно-керамические топливные элементы – это перспективные электрохимические устройства, способные работать в среднетемпературном диапазоне. В этих условиях протонная проводимость в электролитных материалах достаточна, но кинетика электродных процессов замедлена. Одним из подходов решения данной проблемы предлагается использовать материалы с тройной проводимостью, такие как, например, самогенерирующие композиты BaCe_0.5Fe_0.5O_3-δ, состоящие из Ce-обогащенной протонной и Fe-обогащенной электронопроводящих фаз. Однако важно отметить, что наличие двух фаз в керамическом материале может приводить к термомеханическому несоответствию в условиях эксплуатации. Поэтому в настоящей работе было исследовано термическое поведение композитной керамики BaCe_0.5Fe_0.5O_3-δ.

Для создания сложного оксида BaCe_0.5Fe_0.5O_3-δ был применен цитрат-нитратный метод. Сначала полученный порошок подвергли первичному отжигу при температуре 1100 °C в течение 3 ч. Затем порошок прессовали и спекали при температуре 1200 °C (5 ч). На рентгенограммах, полученные методом высокотемпературного рентгенофазового анализа, рефлексы двух фаз смещаются в сторону больших углов при охлаждении. Это указывает, что их кристаллические решетки сжимаются. Было отмечено, что на температурной зависимости параметров элементарной решетки (ПЭЯ) Ce-обогащенная фаза демонстрирует поведение близкое к линейному, без выраженных признаков химического расширения. Термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) для Ce-обогащенной фазы составляет ~ 11⋅10^–6K^–1 независимо от режима нагрева или охлаждения. Для Fe-обогащенной фазы наблюдается перегиб. Низкотемпературная область соответствует термическому расширению ферритов бария, в то время высокотемпературная область представляет собой комбинацию термического и химического расширения. Химическое расширение связано с изменением ПЭЯ Fe-обогащенной фазы из-за восстановления ионов железа. ТКЛР меняется как при нагреве, так и при охлаждении, примерно в 2,5 раза, в зависимости от температурного диапазона. При низких температурах он составлял
10,9⋅10^–6 K^–1, а при высоких – 27,7⋅10^–6 K^–1. Эти данные подтверждают предположение о значительном влиянии химической деформации на термохимическое расширение, что особенно важно для дизайна композитных систем с их последующим высокотемпературным применением.