Электрохимия, 2023, T. 59, № 3, стр. 143-157

Фазовый анализ и морфологическая аттестация

По данным рентгенофазового анализа, матричное соединение Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ и допированные фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃, Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 получены однофазными и характеризовались гексагональной структурой (пространственная группа P6₃/mmc). Таким образом, оксиды иттрия Y₂O₃ и индия In₂O₃ растворяются в исходной матрице с образованием твердых растворов Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ и Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95. Реакции изовалентного замещения индия иттрием и гетеровалентного замещения циркония на индий можно представить с помощью следующих квазихимических уравнений:

где ${\text{Y}}_{{{\text{In}}}}^{ \times }$ – катион Y³⁺ в позиции трехвалентного индия, ${\text{In}}_{{{\text{Zr}}}}^{'}$ – In³⁺-катион в позиции четырехвалентного циркония, ${\text{V}}_{{\text{O}}}^{{ \bullet \bullet }}$ – вакансия кислорода, ${\text{O}}_{{\text{O}}}^{ \times }$ – атом кислорода в регулярной позиции. Рентгенограммы образцов представлены на рис. 1.

Образцы составов Ba₅In_1.9Ca_0.1Al₂ZrO_12.95 и Ba₅In_1.9Zr_0.1Al₂ZrO_13.05 не были получены однофазными как после проведенных термообработок в интервале 800–1200°C, так и после последующей термообработки на 1425°С. На рентгенограммах наблюдались пики, соответствующие алюминату бария BaAl₂O₄, а также карбонату кальция CaCO₃ для образца Ba₅In_1.9Ca_0.1Al₂ZrO_12.95 и диоксиду циркония ZrO₂ для состава Ba₅In_1.9Zr_0.1Al₂ZrO_13.05. Таким образом, замещение In³⁺ на ионы Ca²⁺ и Zr⁴⁺ не реализовалось в условиях проведенного эксперимента. Возможная причина – это значимое различие размеров атомов (${{r}_{{{\text{I}}{{{\text{n}}}^{{3 + }}}}}}$ = 0.80 Å, КЧ = 6, ${{r}_{{{\text{C}}{{{\text{a}}}^{{2 + }}}}}}$ = 1.00 Å, КЧ = 6, ${{r}_{{{\text{Z}}{{{\text{r}}}^{{4 + }}}}}}$ = 0.72 Å, КЧ = 6) [41]. Кроме того, можно предположить, что при допировании матричного соединения цирконием, в соответствии со следующим квазихимическим уравнением:

где ${\text{Zr}}_{{{\text{In}}}}^{ \bullet }$ – катион Zr⁴⁺ в позиции трехвалентного индия, – анион кислорода в междоузлии, образование междоузельного кислорода не может быть реализовано.

Допирование соединения Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ иттрием сопровождалось ростом параметров элементарной ячейки, что коррелирует с соотношением радиусов индия (${{r}_{{{\text{I}}{{{\text{n}}}^{{{\text{3 + }}}}}}}}$ = 0.80 Å, КЧ = 6 [41]) и иттрия (${{r}_{{{{{\text{Y}}}^{{{\text{3 + }}}}}}}}$ = 0.90 Å, КЧ = 6 [41]), параметры элементарной ячейки представлены в табл. 1 в сравнении с In³⁺-допированной фазой. Пример полнопрофильной обработки рентгенограммы соединения Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ показан на рис. 2, координаты атомов для фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ представлены в табл. 2.

На рис. 3 представлены результаты исследования морфологии поверхности образцов по данным СЭМ. У керамического образца Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ наблюдались сросшиеся округлые зерна размером 3–5 мкм; зерен иного цвета, формы или размеров не выявлено. У неоднофазных образцов Ba₅In_1.9Ca_0.1Al₂ZrO_12.95 и Ba₅In_1.9Zr_0.1Al₂ZrO_13.05 кроме зерен основной фазы наблюдались более светлые кристаллиты иной формы и размером порядка 1 мкм, относящиеся к примесной фазе. Результаты ЭДС показали, что данные кристаллиты характеризуются большим содержанием бария и алюминия и не содержат циркония, из чего можно предположить, что они относятся к алюминату бария, что согласуется с данными рентгенофазового анализа.

Как показано в табл. 3 для однофазного образца Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃, результаты элементного анализа по данным СЭМ достаточно хорошо согласуются с теоретическими.

Природа кислородно-водородных групп

ИК-спектр гидратированного образца Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ в сравнении с Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ представлен на рис. 4. Спектры соединений имеют схожий вид. В области частот 2500–3700 см^–1 на спектрах присутствует широкая несимметричная полоса, что подтверждает присутствие кислородно-водородных групп – данная область частот соответствует валентным колебаниям (υOH) гидроксо-групп. Также на спектрах наблюдается полоса в области частот ~1400 см^–1, соответствующая деформационным колебаниям кислородно-водородных групп. По положению полос поглощения в диапазоне деформационных колебаний можно сделать вывод о формах кислородно-водородных группировок в гидратированных соединениях. Полосы поглощения ~1430 см^–1 указывают на присутствие в образцах групп M–OH; отсутствие полос в частотах 1600 и 1700 см^–1 свидетельствует об отсутствии в образцах молекул воды и ионов H₃O⁺ соответственно. Таким образом, во всех исследуемых соединениях при их гидратации протоны присутствуют в единственной форме – в виде гидроксо-групп OH^–.

Следует отметить, что широкая полоса поглощения в области валентных колебаний имеет сложную форму, что связано с присутствием различных энергетически неэквивалентных гидроксо-групп. В общем случае, в области ν(OH) можно выделить три компоненты, как результат присутствия ОН^–-групп с различным набором силовых постоянных. Основному максимуму этой полосы соответствует частота ~3360 см^–1. Нечетко выраженный максимум ~3550 см^–1, проявляющийся как высокочастотное плечо основной полосы, указывает на то, что присутствует некоторое количество ОН^–-групп с более короткой длиной связи O–H, образующих слабые водородные связи (относительно свободные или, другими словами, изолированные группы). Также можно выделить максимум с частотой ~2809 см^–1, указывающий на наличие OH^–-групп с более высокими значениями длины связи O–H, данные гидроксогруппы принимают участие в образовании более сильных водородных связей. На спектрах присутствуют полосы ~1900 см^–1, соответствующие смешанным колебаниям, которые для идентификации кислородно-водородных групп не используются. Можно сделать вывод, что замещение индия иттрием не приводит к изменению природы кислородно-водородных групп в гидратированных формах соединений и единственной формой существования протонов в соединениях являются OH^–-группы.

Процессы гидратации

ТГ-кривая гидратированного образца Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ совместно с данными масс-спектроскопии показана на рис. 5. Экспериментальные данные представлены в виде температурной зависимости степени гидратации x(H₂O) – количества моль воды на моль исследуемого соединения. По данным масс-спектрометрического анализа доказано, что изменения массы связаны с выделением воды; пиков, соответствующих выделению иных возможных веществ (CO₂, O₂), не наблюдалось. Таким образом, изменения массы обусловлены процессом дегидратации предварительно гидратированного образца.

Изменение массы наблюдалось в широком температурном диапазоне 25–950°C, при этом наиболее значительное изменение массы происходило в температурном интервале 200–400°C, далее в интервале температур 400–950^оC наблюдалось незначительное изменение массы, а при температуре выше 950°C происходила стабилизация массы.

Наличие на кривой ионного тока (H₂O) нескольких сигналов, а также на ТГ-кривой нескольких ступеней дегидратации связано с присутствием в структуре гидратированного образца энергетически неэквивалентных ОН^–-групп, как результат их различного кристаллографического положения. В целом, можно видеть наличие низкотемпературных (2 эффекта) и высокотемпературных ОН^–-групп. Присутствие ОН^–-групп в сложном оксиде до столь высоких температур (~900°С) является общим свойством гексагональных перовскитов, что также ранее отмечалось для гидратированного соединения Ba₅Er₂Al₂ZrO₁₃·хН₂О [37]. Таким образом, данные термогравиметрического и масс-спектроскопического анализа достаточно хорошо согласуются с данными ИК-спектроскопии.

Как известно, способность к инкорпорированию ОН^–-групп в структуру сложного оксида обеспечивается либо присутствием вакансий кислорода, задаваемых акцепторным допированием (примесное разупорядочение), либо наличием незанятых кислородных позиций, т.е., структурных вакансий кислорода (структурное разупорядочение). В обоих случаях происходит увеличение координационного числа полиэдра с участием ОН^–-групп в координации катиона. Кроме того, ранее было показано, что для блочно-слоевых структур способность к гидратации (т.е., увеличение координационного числа катиона) обусловлена геометрическими размерами свободного пространства для размещения ОН^–-групп в блоке каменной соли [34]. Структуру исследуемого соединения Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ можно представить, как срастание двух блоков кислородно-дефицитной фазы Ba₂InAlO₅ и одного блока комплектного по кислороду перовскита BaZrO₃ [39]. Таким образом, как соединение Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃, так и допированная фаза Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ в виду присутствия в их структуре кислородно-дефицитных блоков потенциально способны к инкорпорированию молекул воды из газовой фазы. Данный процесс можно представить с помощью уравнения:

где ${\text{V}}_{{\text{O}}}^{ \times }$ – структурная вакансия кислорода, $({\text{OH}})_{{\text{O}}}^{ \bullet }$ – гидроксогруппа в позиции кислорода, – атом кислорода в структурной вакансии кислорода.

Экспериментально полученные значения степеней гидратации для Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ составили x(H₂O) = 0.30 моль [40] и для допированной фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ 0.39 моль. Как было сказано выше, структуру Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ можно рассматривать как кислород-дефицитную, в которой чередуются слои BaO₃ и BaO◻₂. Локализация вакансий кислорода в слоях BaO◻₂ приводит к тому, что часть атомов бария реализуют полиэдр, состоящий из половины кубооктаэдра, т. е., имеют координационное число 9 [39]. Такой полиэдр легко может быть дополнен атомами кислорода до десятивершинника [39]. Соответственно, можно предполагать, что такая трансформация Ba-полиэдров может реализоваться также и при участии в координации ОН^–-групп. Вероятно, эти структурные особенности соединения Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ обуславливают его поведение при гидратации. Для допированной фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ с бόльшим объемом элементарной ячейки реализуются бόльшие значения степеней гидратации (по сравнению с недопированной фазой). Аналогичные закономерности были ранее описаны для блочно-слоевых фаз Раддлесдена–Поппера BaLaInO₄, для которых степень гидратации также зависит от геометрических размеров элементарной ячейки [34]. Для In³⁺-допированного структурного аналога Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 присутствие дополнительного количества вакансий кислорода, как результат допирования, обеспечивает несколько более высокие степени гидратации x(H₂O) = 0.41 [40].

Таким образом, исходя из полученных данных, можно заключить, что методы изо- и гетеровалентного допирования структур срастания, позволяющие увеличить объем элементарной ячейки, являются перспективной стратегией увеличения степени гидратации, соответственно, концентрации протонов.

Электрические свойства

На рис. 6 представлены типичные годографы импеданса для фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ в сухом воздухе при различных температурах (а) и при 550°C в сухом и влажном воздухе (б). В целом, вид спектров импеданса при варьировании температуры и парциальных давлений паров воды остается схожим – на годографах в основной области изученных частот наблюдалось два релаксационных процесса, проявляющихся в виде двух перекрывающихся окружностей, также на годографах в области низких частот наблюдался небольшой вклад от третьей полуокружности. На рис. 1а в Дополнительных материалах представлен пример обработки годографа импеданса, а также на рис. 1б представлена зависимость мнимой части Im Z от логарифма частоты переменного тока для доказательства присутствия нескольких релаксационных процессов. Вывод о природе тех или иных релаксационных процессов можно сделать по значениям электрической емкости [42]. Значения емкости, полученные для первой полуокружности, составили ~10^–11 Ф, что соответствует объемному вкладу, второй – ~10^–10 Ф, что соответствует вкладу границ зерен; значения емкости, соответствующие третьей полуокружности, составили ~10^–6 Ф, что характерно для электродных процессов. Как видно, вклад границ зерен небольшой в сравнении с объемным вкладом. Стоит отметить, что для других перовскитов с гексагональной структурой также наблюдались небольшие или сопоставимые с объемом сопротивления границ зерен [43, 44]. Далее при расчетах значений электропроводности использовались значения объемного сопротивления, полученные при экстраполяции соответствующей полуокружности на ось абсцисс (обработка в программе ZView).

Значения удельной электропроводности σ были рассчитаны по известной формуле:

где l – это толщина образца, S – площадь поперечного сечения образца и R_об – величина объемного сопротивления образца. Температурные зависимости электропроводности недопированной фазы Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ [40] и Y³⁺-допированного образца Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ в атмосферах с различным содержанием паров воды представлены на рис. 7. Во всем исследуемом температурном интервале значения электропроводности, полученные в атмосфере влажного воздуха, были выше, чем в атмосфере сухого. Разница в значениях проводимости, полученных в разных по влажности атмосферах, увеличивалась с уменьшением температуры. При температуре 400°C различия достигают порядка величины и увеличиваются до 1.7 порядка при 250°С, энергия активации электропроводности уменьшалась с 0.65 до 0.30 эВ.

В табл. 4 приведены значения энергии активации в различных атмосферах, рассчитанные по уравнению Френкеля:

где A – это предэкспоненциальный множитель, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура.

При температуре выше 850°C разница в значениях электропроводности в сухом и влажном воздухе становится незначительной. Такое поведение проводимости во влажной атмосфере является типичным при появлении протонных носителей заряда, вклад которых в величину общей электропроводности возрастает с понижением температуры.

На рис. 8 представлено сравнение температурных зависимостей электропроводностей в сухом (а) и во влажном (б) воздухе для соединений Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ [40], Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 [40] и Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃. Как видно, допированный иттрием образец в сухом воздухе демонстрирует более низкие значения проводимости, чем матричное соединение и допированная индием фаза. При температуре выше 700°C значения проводимости для Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ и недопированной фазы становятся сопоставимыми, однако они не превосходили значения проводимости для акцепторно-допированного состава Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95. Во влажном воздухе ниже 500°C значения проводимости увеличивались в ряду Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃–Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃–Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95. Стоит, однако, отметить, что разница в значениях проводимости в сухом и влажном воздухе для фаз Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ и Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 была примерно одинаковой и была выше, чем для недопированного соединения.

Поскольку известно, что для блочных структур на воздухе может реализоваться вклад дырочной проводимости [40], то для разделения общей проводимости на парциальные вклады были проведены измерения проводимости в широком интервале парциальных давлений кислорода. На рис. 9 представлены изотермы проводимости фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ в сухой (рис. 9а) и влажной (рис. 9б) атмосферах, а также их эволюция при смене влажности (рис. 9в).

Из рис. 9 видно, что в интервале парциальных давлений кислорода 10^–4–0.21 атм с увеличением рО₂ происходит увеличение значений электропроводности. Это подтверждает наличие вклада дырочной проводимости σ_h. Образование дырок связано с процессом инкорпорирования кислорода из газовой фазы в структурные вакансии кислорода, присутствующие в Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃; данный процесс можно представить уравнением:

где h^• – дырка. В интервале парциальных давлений кислорода 10^–18–10^–4 атм на зависимости наблюдалось плато. В данной области парциальных давлений кислорода доминирует ионный транспорт, вклад электронных носителей заряда пренебрежимо мал.

С изменением температуры общий вид зависимостей остается схожим, небольшие изменения происходят в области высоких парциальных давлений кислорода. С понижением температуры наклон зависимости в интервале парциальных давлений кислорода 0.21–10^–4 атм уменьшается, и зависимость приобретает более пологий вид, из чего можно сделать вывод о росте вклада ионной проводимости. Во влажной атмосфере значения проводимостей значительно превышают проводимость в сухих условиях (рис. 9в), наибольшие различия реализуются в области плато, что связано с появлением дополнительного вклада протонной проводимости.

На основании полученных экспериментальных данных были определены значения кислород-ионной проводимости ${{\sigma }_{{{{{\text{O}}}^{{2--}}}}}}$ (${{\sigma }_{{{{{\text{O}}}^{{2--}}}}}} = \sigma _{{{\text{плато}}}}^{{{\text{сух}}}}$). Значения кислород-ионной проводимости исследуемой фазы в сравнении с Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ и Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 представлены на рис. 10.

В целом, можно видеть, что значимого различия кислород-ионной проводимости исследованных фаз не наблюдается, в низких температурах различия составляют 0.2 порядка величины. Небольшое увеличение проводимости In³⁺-допированного образца (~ в 1.3 раза) может быть результатом увеличения концентрации вакансий кислорода. Таким образом, на воздухе (рО₂ = 0.21 атм) значимое различие общих проводимостей исследованных фаз (рис. 8а) обусловлено разным вкладом дырочной проводимости.

На рис. 11 представлены в сравнении температурные зависимости протонных проводимостей недопированной фазы Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ и Y³⁺, In³⁺-допированных структурных аналогов. Значения протонной проводимости для соединения Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ были получены как разность величин электропроводности во влажной и сухой атмосферах в области плато на зависимостях электропроводности от парциальных давлений кислорода (${{\sigma }_{{\text{Н}}}} = \sigma _{{{\text{плато}}}}^{{{\text{влажн}}}} - \sigma _{{{\text{плато}}}}^{{{\text{сух}}}}$). Как видно, значения протонной проводимости для всех фаз близки, для допированных фаз Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ и Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 значения σ_H выше, чем для матричной фазы в 1.5 раза (рис. 11). В процессе исследования гидратации образцов было установлено, что степень гидратации и, следовательно, концентрация протонов для допированных фаз Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ и Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 выше, чем у Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃. Соответственно, бόльшие значения протонной проводимости допированных фаз могут быть обусловлены более высокими концентрациями протонов.

Значения подвижности протонов были рассчитаны из уравнения:

где σ_H – протонная проводимость, Ze – абсолютная величина эффективного заряда носителя (Z = 1), C_H – объемная концентрация протонов, μ_H – подвижность протонов. Как следует из уравнения (8), значение проводимости прямо пропорционально концентрации носителей заряда и их подвижности. Расчеты показали, что подвижности протонов допированных фаз и матричной фазы сопоставимы. Иначе говоря, действительно, основное изменение протонной проводимости исследованных фаз обусловлено бόльшими концентрациями протонов в допированных фазах. Таким образом, установленные закономерности ионного транспорта согласуются с полученными ранее для классических допированных перовскитов АВО_{3 – δ}. Как известно [45, 46], протоны в сложных оксидах локализируются на атомах кислорода, и их миграция происходит посредством перескокового, термически активированного процесса от одного атома кислорода к другому. Поэтому динамика кислородной подрешетки определяет подвижность протонов. Как было показано, кислород-ионная проводимость исследованных фаз сопоставима (рис. 10), соответственно, подвижности протонов в этих фазах тоже близки.

На рис. 12 представлено сравнение подвижности протонов для исследованной фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ и разных классов сложных оксидов. Как видно, различия протонной подвижностей разных материалов достигают нескольких порядков, в то время как концентрации протонов для этих соединений являются однопорядковыми величинами. Столь значимые различия подвижностей протонов, как известно [12], определяются многочисленными факторами, но в общем случае – как структурными особенностями сложных оксидов (тип структуры, симметрия ячейки), так и самой природой элементов.

Наибольшие подвижности протонов реализуются в допированных перовскитах на основе цератов и цирконатов бария, несколько меньшие значения – для фаз на основе перовскитов LaВ³⁺О₃. Небольшие значения подвижности протонов типичны для фаз со структурой Раддлесдена–Поппера (BaLaInO₄ и структурные аналоги). Для исследуемых гексагональных перовскитов (представлено на примере Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃) реализуются средние значения подвижности протонов относительно представленных материалов. Можно предполагать, что поиск оптимальной допирующей добавки и ее концентрации позволит значимо увеличить величину протонной проводимости гексагональных перовскитов. Эти результаты показывают необходимость в расширении знаний о протонной подвижности, как параметра, определяющего величину протонной проводимости.

Для исследуемых гексагональных перовскитов был произведен расчет кислород-ионных чисел переноса ${{t}_{{{{{\text{O}}}^{{2 - }}}}}}$ по формуле:

где σ_общ – электропроводность в сухом воздухе, ${{\sigma }_{{{{{\text{O}}}^{{2--}}}}}}$ – кислород-ионная электропроводность. Температурные зависимости кислород-ионных чисел переноса представлены на рис. 13. Как видно, для всех фаз происходит увеличение ионных чисел переноса с уменьшением температуры. Для фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ при температуре 500°C кислород-ионные числа переноса достигают значений ~0.60, что несколько выше, чем для недопированного соединения 0.55. Таким образом, фаза Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃, как и Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃, в сухом воздухе является смешанным дырочно-кислород-ионным проводником. Допирование же индием приводило к уменьшению доли ионной проводимости и росту дырочной, что обуславливает более высокие значения общей электропроводности на воздухе, чем у недопированного соединения. Уменьшение на воздухе доли ионной проводимости, вероятно, связано с формированием дырок при заполнении кислородных вакансий, образующихся в процессе допирования индием циркониевой подрешетки: где ${\text{V}}_{{\text{O}}}^{{ \bullet \bullet }}$ – вакансия кислорода.

Расчет протонных чисел переноса проводили по формуле:

где σ_общ – электропроводность во влажном воздухе, ${{\sigma }_{{{{{\text{H}}}^{ + }}}}}$ – протонная электропроводность. Сопоставление протонных чисел переноса исследуемой фазы Ba₅In_1.9Y_0.1Al₂ZrO₁₃ с Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ и Ba₅In_2.1Al₂Zr_0.9O_12.95 показано на рис. 14. Как видно, ниже 600°С во влажной атмосфере они все проявляют доминирующий протонный транспорт. Наибольшие значения как кислород-ионных, так и протонных чисел переноса реализовались для Y³⁺-допированной фазы.

В заключение можно отметить, что системы на основе гексагонального перовскита Ba₅In₂Al₂ZrO₁₃ являются перспективными протонными проводниками. Соответствующее допирование позволяет увеличить протонную проводимость. Дальнейшее изучение процессов влияния гомо- и гетеровалентного допирования на транспортные свойства, а также изучение концентрационных зависимостей может способствовать оптимизации протонного транспорта.