СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ГЕКСАГОНАЛЬНОГО ПЕРОВСКИТА Ba₇Sc_5.93Y_0.07Al₂O₁₉

Непеина К.С., Бушуева А.В., Анимица И.Е.

Уральский федеральный университет

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

Перспективными протонными проводниками, применимыми в качестве электролитических мембран твердооксидных топливных элементов, используемых в водородной энергетике, являются гексагональные перовскиты Ba₇М₆Al₂O₁₉ (М=Sc, In). Свойства данных фаз можно оптимизировать путем введения допанта. Например, влияние изовалентного допирования на свойства фазы Ba₇Sc₆Al₂O₁₉ ранее изучено не было. В данной работе в качестве допанта был выбран Y₂O₃.

Образец Ba₇Sc_5.93Y_0.07Al₂O₁₉ был получен растворным методом синтеза по модифицированному методу Печини. Исходные реагенты в виде BaCO₃, Sc₂O₃, Y₂O₃ были предварительно прокалены в муфельной печи для удаления адсорбированных веществ (например, воды или CO₂). Al(NO₃)₃·nH₂O был тщательно перетёрт в агатовой ступке и отдан на термогравиметрический анализ с целью установления количества кристаллизационной воды в кристаллогидрате. Навески исходных неорганических реагентов были взяты в стехиометрических количествах на аналитических весах. Навески органических реагентов – лимонной кислоты и глицерина – на технических весах с небольшим избытком относительно стехиометрии. Оксиды и BaCO₃ растворили в концентрированной HNO₃, Al(NO₃)₃ и органические реагенты в воде. Смешали растворы прекурсоров в термостойком химическом стакане и поместили упариваться на горячую плитку (t=300 °C) Необходимое значение рН среды (4–5) достигали добавлением небольших порций раствора аммиака. Ионы металлов и лимонная кислота образуют хелатные комплексы, при этом свободные гидроксильные группы вступают в реакцию полиэтерификации с глицерином. Таким образом, достигалось равномерное распределение ионов металлов в растворе прекурсоров. В результате – в стакане образовался густой прозрачный гель, который самовоспламенился. Получившийся порошок отожгли от остатков органических соединений в муфельной печи при 600 °C (6 ч). После чего вещество перетиралось в шаровой мельнице в среде гексана 10 часов. Далее – подвергали отжигу при температуре 1250 °C в течение 48 часов. Затем вещество перетирали в агатовой ступке в среде гексана. Сформировали цилиндрические гранулы в пресс-формах на ручном прессе и отожгли «таблетки» при 1600 °C (24 ч).

Методом электрохимического импеданса было определено, что фаза проявляет кислород-ионную и протонные проводимости. Также с помощью термогравиметрического анализа было установлено, что фаза способна к водопоглощению.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда и Правительства Свердловской области № 24-13-20026.