1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 1, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 1, стр. 88-94

Структура, тепловые и электрические свойства твердых растворов системы NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ–NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ

А. И. Клындюк 1, *, Я. Ю. Журавлева 1, Н. Н. Гундилович 1, Е. А. Чижова 1

1 Белорусский государственный технологический университет
220006 Минск, ул. Свердлова, 13А, Беларусь

* E-mail: klyndyuk@belstu.by

Поступила в редакцию 31.05.2022
После доработки 29.11.2022
Принята к публикации 29.11.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Твердофазным методом получены слоистые перовскиты NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ (0.0 ≤ x ≤ 1.0), изучены их кристаллическая структура, микроструктура, термические и электрические свойства. При x ≤ 0.4 соединения имеют тетрагональую (пр. гр. P4/mmm), а при 0.6 ≤ x ≤ 1.0 – кубическую структуру (пр. гр. Pm3m) и являются полупроводниками p-типа, характер электропроводности которых при повышенных температурах изменяется на металлический, что обусловлено выделением из образцов лабильного кислорода (δ) и сопровождается возрастанием температурного коэффициента линейного расширения от (15.1–16.2) × 10–6 до (18.9–23.5) × 10–6 К–1. Параметры элементарной ячейки и коэффициент термо-ЭДС твердых растворов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ уменьшаются, а их электропроводность увеличивается с ростом степени замещения бария стронцием. Рассчитаны значения энергий активации процессов электропереноса, взвешенной подвижности и концентрации носителей заряда в этих фазах; показано, что эти характеристики немонотонно изменяются при изменении катионного состава образцов, проходя через экстремум в области структурного фазового перехода тетрагональная фаза → кубическая фаза.

Ключевые слова: слоистые перовскиты, твердые растворы, термическая стабильность, тепловое расширение, электропроводность, термо-ЭДС

ВВЕДЕНИЕ

Слоистые двойные перовскиты RBaCo2O5+δ (R – редкоземельный элемент (РЗЭ)), образующиеся при замещении половины ионов РЗЭ ионами бария в перовскитных кобальтитах RCoO3 с последующим упорядочением ионов РЗЭ и бария в направлении оси c (перпендикулярно слоям [CoO2]), содержат ионы кобальта в различных степенях окисления (Co2+, Co3+, Co4+) и лабильный кислород (δ). Они характеризуются высокими значениями электропроводности (σ) и коэффициента термо-ЭДС (S), что обусловливает возможность их использования в качестве высокотемпературных термоэлектриков, катализаторов (и фотокатализаторов) окисления органических соединений, контейнеров кислорода, мембран для сепарации кислорода, а также катодов (воздушных электродов) твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) [1–7].

Достоинством слоистых кобальтитов РЗЭ-бария как катодных материалов ТОТЭ является их высокая электрокаталитическая активность в реакции восстановления кислорода [3], однако практическое использование этих соединений ограничено высокими значениями температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) (α ≈ ≈ (15–29) × 10–6 К–1 [2, 3]), которые значительно превышают величины ТКЛР обычно используемых в ТОТЭ твердых электролитов (ТЭ) (α ≈ (10–13) × × 10–6 К–1 [8]), что обусловливает низкую термомеханическую совместимость фаз RBaCo2O5+δ и ТЭ.

Снизить ТКЛР двойных перовскитов RBaCo2O5+δ можно путем частичного замещения в его структуре ионов кобальта ионами других 3d-металлов [3, 9–16], а ионов бария – ионами стронция [10, 15, 17, 18], причем электрохимическая производительность образующихся при этом твердых растворов в ряде случаев значительно улучшается. Анализ литературных данных показывает, что комплексное замещение ионов в А- или/и В-позициях кристаллической структуры слоистых кобальтитов РЗЭ-бария зачастую более эффективно, чем монозамещение [10–12, 14–16]. Таким образом, получение комплексно замещенных твердых растворов на основе фаз RBaCo2O5+δ и изучение их кристаллической структуры, термических, электрических и функциональных свойств с целью разработки новых материалов для воздушных электродов ТОТЭ представляет серьезный научный и практический интерес. Ранее нами были исследованы структура и свойства твердых растворов, образующихся при замещении от 2 до 20 мол. % бария стронцием в NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ [19].

Целью настоящей работы было установление возможности формирования твердых растворов в широком диапазоне составов в квазибинарной системе NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ–NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ, а также изучение их структуры, термической стабильности, теплового расширения и электротранспортных свойств.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Керамические образцы слоистых перовскитов состава NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ (x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 и 1.0) получали твердофазным методом из Nd2O3 (НО–Л), BaCO3 (“ч.”), SrCO3 (“ч.”), Fe2O3 (ОСЧ 2–4), Co3O4 (“ч.”) и CuO (“ч.”), которые смешивали в необходимых стехиометрических соотношениях с помощью мельницы Pulverizette 6.0 фирмы Fritsch (материал тиглей и мелющих шаров – ZrO2), прессовали в таблетки диаметром 19 и высотой 2–3 мм и отжигали на воздухе в течение 40 ч при 1173 К [19]. После отжига образцы измельчали в агатовой ступке, повторно мололи и прессовали в бруски размером 5 × 5 × 30 мм, которые спекали на воздухе в течение 9 ч при 1273 К. Для измерения электропроводности из спеченной керамики вырезали образцы в форме прямоугольных параллелепипедов размером 4 × 4 × 2 мм.

Идентификацию образцов и определение параметров их кристаллической структуры осуществляли при помощи рентгенофазового анализа (РФА) (рентгеновский дифрактометр Bruker D8 XRD Advance, CuKα-излучение) и ИК-спектроскопии поглощения (ИК-Фурье-спектрометр Nexus ThermoNicolet). Содержание лабильного кислорода (δ) в образцах определяли иодометрическим титрованием [20], учитывая присутствие в них переходных металлов в различных степенях окисления (Fe3+, Co4+, Co3+, Cu2+), которые в ходе титрования восстанавливались до Co2+, Cu+, Fe2+ [21].

Кажущуюся плотность (ρк) керамики вычисляли по геометрическим размерам и массе образцов, а ее пористость (П) рассчитывали по формуле: П = (1 – ρк/ρт) × 100%, где ρт – теоретическая (рентгенографическая) плотность образцов. Микроструктуру образцов изучали при помощи сканирующей электронной микроскопии на сканирующем электронном микроскопе JSM–5610 LV, а также при помощи цифрового металлографического микроскопа ALTAMI MET 1D (Altami, РФ).

Термическую стабильность порошкообразных образцов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ исследовали при помощи термоаналитической системы TGA/DSC–1/1600 HF на воздухе в интервале температур 300–1100 К. Термическое расширение спеченной керамики изучали с помощью кварцевого дилатометра DIL 402 PC на воздухе в области температур 300–1100 К [19]. Электропроводность (σ) и термо-ЭДС (S) спеченной керамики измеряли на воздухе в интервале температур 300–1100 К по методике [22]. Значения среднего ТКЛР (α) и кажущихся энергий активации электропроводности (Eσ) и термо-ЭДС образцов (ES) рассчитывали из линейных участков зависимостей Δl/l0 = f(T), ln(σT) = f(1/T) и S = f(1/T) соответственно.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

После заключительной стадии синтеза образцы NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ были в пределах погрешности РФА однофазными (рис. 1а) и имели структуру перовскита, рефлексы которой для составов с 0.0 ≤ x ≤ 0.4 были проиндицированы в рамках тетрагональной (Т) сингонии (a = b ≈ ap, c ≈ ap, пр. гр. P4/mmm [13, 14, 16, 20]), а для составов с 0.6 ≤ x ≤ 1.0 – в рамках кубической (С) сингонии (a ≈ b ≈ c ≈ ap, пр. гр. Pm3m [2, 23]). Повышение симметрии структуры сложных оксидов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ при x > 0.6 от тетрагональной до кубической подтверждается, в частности, превращением дублетов 100, 002; 110, 102; 200, 004; 212, 114; 220, 204; и 302, 106 в синглеты 100, 102, 200, 212, 204 и 302 соответственно (рис. 1а, 1б). Параметры элементарной ячейки твердых растворов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ ожидаемо уменьшались (табл. 1) при увеличении степени замещении бария стронцием (для к.ч. = 12 ${{R}_{{{\text{B}}{{{\text{a}}}^{{2 + }}}}}}$ = 0.161 нм, ${{R}_{{{\text{S}}{{{\text{r}}}^{{2 + }}}}}}$ = 0.144 нм [24]). Структурный фазовый переход тетрагональная фаза → кубическая фаза, протекающий в интервале составов 0.4 < x < 0.6, обусловлен, очевидно, тем, что в составах с высоким (x > 0.4) содержанием стронция, ионы которого по размерам близки к ионам неодима (для к.ч. = = 12${{R}_{{{\text{N}}{{{\text{d}}}^{{3 + }}}}}}$ = 0.127 нм [24]), упорядочение катионов в А-подрешетке структуры перовскита становится термодинамически невыгодным. Зависимость ap = f(x) близка к линейной, из чего следует, что для образующихся в системе NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ–NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ твердых растворов выполняется правило Вегарда.

Рис. 1.

Рентгеновские дифрактограммы (а, б) и ИК-спектры поглощения (в) порошкообразных образцов твердых растворов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ: x = 0 (1), 0.2 (2), 0.4 (3), 0.6 (4), 0.8 (5) и 1.0 (6): Т – тетрагональная, С – кубическая сингония.

Таблица 1.  

Индекс кислородной нестехиометрии (δ), сингония, параметры (a, c, ap), объем (V) и осевое отношение (c/2a) слоистых перовскитов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ

x δ Сингония a, нм c, нм V, нм3 ap, нм c/2a
0 0.72 Т 0.3909(1) 0.7706(1) 0.1178(1) 0.3890 0.9857
0.2 0.82 Т 0.3899(1) 0.7703(1) 0.1171(1) 0.3883 0.9878
0.4 0.81 Т 0.3884(1) 0.7690(1) 0.1160(1) 0.3871 0.9901
0.6 0.88 С 0.3857(1) – 0.05739(2) 0.3857 –
0.8 0.88 С 0.3850(1) – 0.05707(2) 0.3850 –
1.0 0.82 С 0.3839(1) – 0.05659(2) 0.3839 –

Согласно результатам иодометрического титрования, содержание лабильного кислорода (δ) в двойных перовскитах NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ немонотонно возрастает при увеличении степени замещения бария стронцием и достигает наибольшего значения – 0.88 – для составов с x = 0.6, 0.8 (табл. 1).

На ИК-спектрах поглощения порошкообразных образцов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ наблюдается ряд полос поглощения с экстремумами при 353–377 см–1 (ν1), 467–469 см–1 (ν2), 576–609 см–1 (ν3) и 659–671 см–1 (ν4) (рис. 1в), которые, согласно [25], соответствуют валентным (ν2, ν3) и деформационным (ν1) колебаниям (Fe,Co,Cu)–O–(Fe,Co,Cu)-связей в слоях [(Fe,Co,Cu)O2] (ν1, ν2) и в направлении, перпендикулярном этим слоям (вдоль оси c) (ν3), а также колебаниям кислорода слоев [(Fe,Co,Cu)O2] в направлении оси c (перпендикулярно этим слоям). С ростом x положения полос поглощения ν1, ν3, ν4 смещаются в сторону больших значений волновых чисел, что указывает на усиление энергии металл–кислородных взаимодействий в структуре фаз NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ при увеличении степени замещения бария стронцием. Результаты ИК-спектроскопии поглощения хорошо коррелируют с данными РФА, согласно которым замещение бария стронцием в NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ приводит к уменьшению параметров кристаллической структуры этой фазы.

Кажущаяся плотность спеченной керамики изменялась в пределах 4.77–6.18 г/см3 (табл. 2) и уменьшалась при замещении бария стронцием и стронция барием, достигая наименьших значений для образцов с x = 0.20, 0.40. Минимальную пористость наблюдали для крайних составов серии (NdBaFeCo0,5Cu0,5O5+δ и NdSrFeCo0,5Cu0,5O5+δ) (табл. 2), из чего можно заключить, что частичное замещение одного щелочноземельного элемента другим в структуре этих фаз отрицательно сказывается на спекаемости. Зерна керамики имели изометрическую форму, а их размер варьировался в пределах 3–4 мкм, слабо изменяясь при изменении катионного состава материалов.

Таблица 2.  

Значения кажущейся плотности (ρк), пористости (П) и энергий активации процессов электропереноса (Eσ, ES = Ep, Em,En) спеченной керамики состава NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ

x ρк, г/см3 П, % Eσ, эВ ES, эВ Em, эВ En, эВ
0 6.18 9.1 0.254 0.048 0.206 0.115
0.2 4.77 28.3 0.167 0.038 0.129 0.130
0.4 4.78 28.4 0.157 0.025 0.132 0.120
0.6 5.65 14.5 0.136 0.017 0.119 0.125
0.8 5.99 7.9 0.159 0.031 0.128 0.110
1.0 5.99 6.6 0.184 0.036 0.148 0.126

Согласно результатам термического анализа порошков NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ, начиная с температур T* = 615–815 К наблюдалась незначительная потеря массы (≈0.4–0.8%) (рис. 2а), обусловленная выделением из образцов лабильного кислорода (δ) [16, 19]; при этом наименьшая потеря массы наблюдалась для состава NdBaFeCo0,5Cu0,5O5+δ. Величина T* уменьшалась от 655 К для x = 0.00 и 815 К для x = 1.00 до 615 К для x = 0.40 (рис. 2в), что указывает на уменьшение энергии взаимодействия лабильного кислорода и его ближайшего окружения в слоях NdOδ структуры двойных перовскитов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ при частичном взаимозамещении в них бария и стронция. Следует отметить, что спекаемость и термическая стабильность образцов в системе NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ–NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ при изменении их катионного состава изменяются симбатно.

На температурных зависимостях относительного удлинения Δl/l0 = f(T) керамики NdBa1–x-SrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ в диапазоне температур T# = = 630–920 К наблюдается аномалия в виде излома (рис. 2б), сопровождающаяся резким возрастанием ТКЛР образцов, что обусловлено выделением из них лабильного кислорода и появлением, наряду с термическим, химического вклада в расширение керамики при нагревании. С ростом x величина T# тетрагональных фаз NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ незначительно уменьшается, а кубических – резко возрастает, достигая для образца NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ 920 К (рис. 2г). В интервале температур T < T# величина ТКЛР керамики немонотонно изменялась в пределах (15.1–16.2) × 10–6 К–1, достигая наименьших значений (≈15.1 × 10–6 К–1) для составов, лежащих вблизи структурного фазового перехода тетрагональная фаза – кубическая фаза, а при T > T# – возрастала, причем зависимость была близка к линейной (рис. 2д). Таким образом, взаимозамещение бария и стронция в NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ приводит к снижению термического вклада в расширение образцов, при этом химический вклад возрастает.

Как видно из рис. 3а, 3б, твердые растворы NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ являются полупроводниками (∂σ/∂T > 0) p-типа (S > 0), характер электропроводности которых изменяется на металлический (∂σ/∂T < 0) вблизи Tmax = 690–1021 К, что сопровождается изменением характера температурной зависимости их коэффициента термо-ЭДС (от ∂S/∂T < 0 при T < Tmin до ∂S/∂T > 0 при T > Tmin) и вызвано выделением из структуры этих слоистых оксидов лабильного кислорода. С ростом x значения электропроводности тетрагональных фаз NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ незначительно увеличивались, а кубических – резко возрастали, достигая максимального значения – 299 См/см при 1021 К – для состава NdSrFeCo0,5Cu0,5O5+δ (рис. 3а). Коэффициент термо-ЭДС двойных перовскитов в системе NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ–NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ при увеличении степени замещения бария стронцием уменьшался, причем зависимость S = f(x) была близка к линейной (рис. 3г). Температуры аномалий на зависимостях σ = f(T), S = f(T) для сложных оксидов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ в области тетрагональной фазы незначительно снижались, а в области кубической – сильно увеличивались с ростом x (рис. 3д, 3е), причем следует отметить симбатность зависимостей Tmax = f(x), Tmin = f(x) и T# = f(x) (рис. 2г).

Рис. 2.

Температурные зависимости потери массы (а) и относительного удлинения (б) слоистых перовскитов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ: x = 0 (1), 0.2 (2), 0.4 (3), 0.6 (4), 0.8 (5) и 1.0 (6) (для наглядности дилатометрические кривые смещены друг относительно друга на 0.1%); на вставках даны концентрационные зависимости температур начала потери массы (T*) (в), излома на дилатометрических кривых (T#) (г) и ТКЛР керамики (д) при температурах T < T# (7) и T# < T (8) (вертикальная штриховая линия разделяет области существования слоистых перовскитов с тетрагональной (Т) и кубической (С) структурами).

Рис. 3.

Температурные (а, б) и концентрационные (в, г) зависимости удельной электропроводности (а, в) и коэффициента термо-ЭДС (б, г) керамических образцов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ: x = 0 (1), 0.2 (2), 0.4 (3), 0.6 (4), 0.8 (5) и 1.0 (6) при температуре 1000 К (в, г), а также концентрационные зависимости температур экстремумов на зависимостях σ = f(T) (Tmax) (д) и S = f(T) (Tmin) (е).

Температурные зависимости электротранспортных свойств материалов системы NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ–NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ, являющихся поляронными проводниками [14, 16, 19], описываются выражениями σ = (A/T)exp(−Eσ/kT) и S = (k/e)(–ES/kT + B), в которых Eσ = ES + Em и ES – энергии активации электропроводности и термо-ЭДС соответственно, при этом ES представляет собой энергию возбуждения носителей заряда (поляронов), а Em – энергию активации их переноса [26]. Как видно из представленных в табл. 2 данных, характеристики электропереноса (Eσ, ES и Em) в керамических образцах NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ немонотонно изменяются при изменении их состава, причем наименее затруднен электротранспорт в твердом растворе NdBa0.4Sr0.6FeCo0.5Cu0.5O5+δ, лежащем вблизи границы структурного фазового перехода тетрагональная фаза → кубическая фаза. Тот факт, что для изученных материалов Eσ > ES (Em > 0), позволяет заключить, что носителями заряда в них являются поляроны малого радиуса.

С использованием экспериментальных зависимостей σ = f(T) и S = f(T) по методике [27] были вычислены значения взвешенной подвижности носителей заряда (μ), а также их концентрация (n). Величина μ материалов в фазах NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ в интервале температур 350–600 К изменялась в пределах ≈0.3–1.6 см2/(В с), в целом увеличивалась с ростом температуры, что характерно для поляронного механизма проводимости, и при увеличении степени замещения бария стронцием (рис. 4а, 4в). Концентрация носителей заряда варьировалась в пределах (5–130) × 1019 см–3, экспоненциально возрастала при увеличении температуры и немонотонно изменялась с ростом x, достигая наибольших значений для состава NdBa0.4Sr0.6FeCo0.5Cu0.5O5+δ (рис. 4б, 4г). Значения кажущейся энергии активации носителей заряда (En), рассчитанные по уравнению n = n0exp(–En/kT), изменялись в пределах 0.110–0.130 эВ (табл. 2) и в целом слабо зависели от катионного состава керамики.

Рис. 4.

Температурные (а, б) и концентрационные (в, г) зависимости взвешенной подвижности (μ) (а, в) и концентрации носителей заряда (n) (б, г) в твердых растворах NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ: x = 0 (1), 0.2 (2), 0.4 (3), 0.6 (4), 0.8 (5) и 1.0 (6) при температурах 400 (7) и 600 К (8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Методом твердофазных реакций синтезированы двойные перовскиты NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ (0.0 ≤ x ≤ 1.0), исследованы их структура, кислородная нестехиометрия, термическая стабильность, тепловое расширение и электротранспортные свойства.

В области составов 0.4 < x < 0.6 структура фаз NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ изменяется от тетрагональной до кубической. Параметры кристаллической структуры и коэффициент термо-ЭДС сложных оксидов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ уменьшаются, а содержание в них лабильного кислорода и удельная электропроводность возрастают при замещении бария стронцием. Изученные материалы являются полупроводниками p-типа, характер электропроводности которых при повышении температуры изменяется на металлический вследствие выделения из образцов лабильного кислорода (δ), что сопровождается возрастанием ТКЛР керамики от (15.1–16.2) ×10–6 до (18.9–23.5) × 10–6 К–1.

Энергозатраты при электропереносе, термический вклад в расширение слоистых перовскитов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ и их термическая стабильность минимальны, а концентрация носителей заряда максимальна для составов, лежащих в области структурного фазового перехода тетрагональная фаза → кубическая фаза.

Список литературы

  1. Taskin A., Lavrov A. Origin of the Large Thermoelectric Power in Oxygen-Variable RBaCo2O5+x (R = Gd, Nd) // Phys. Rev. 2006. V. 73. P. 1211101. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.121101

  2. Kim J.-H., Manthiram A. Layered LnBaCo2O5+δ Oxides as Cathodes for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cell // J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. № 4. P. B385–B390. https://doi.org/10.1149/1.2839028

  3. Kim J.-H., Manthiram A. Layered LnBaCo2O5+δ Perovskite Cathodes for Solid Oxide Fuel Cells: An Overview and Perspective // J. Mater. Chem. 2015. V. 3. P. 24195–24210. https://doi.org/10.1039/C5TA06212H

  4. Han B., Li Y., Chen N., Deng D., Xinxin X., Wang Y. Preparation and Photocatalytic Properties of LnBaCo2O5+δ (Ln = Eu, Gd, and Sm) // J. Mater. Sci. Chem. Eng. 2015. V. 3. P. 17–25.

  5. Tsvetkov D.S., Ivanov I.L., Malyshkin D.A., Sednev A.L., Sereda V.V., Zuev A.Y. Double Perovskites REBaCo2–xMxO6–δ (RE = La, Pr, Nd, Eu, Gd; M = Fe, Mn) as Energy-related Materials: An Overview // Pure Appl. Chem. 2019. V. 91. P. 923–940.

  6. Hanif M.B., Rauf S., Motola M., Babar Z.U.D., Li C.-J. Recent Progress of Perovskite-based Electrolyte Materials for Solid Oxide Fuel Cells and Performance Optimizing Strategies for Energy Storage Applications // Mater. Res. Bull. 2022. V. 146. P. 111612. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132603

  7. Klyndyuk A.I., Chizhova E.A., Kharytonau D.S., Medvedev D.A. Layered Oxygen-Deficient Double Perovskites as Promising Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells // Materials. 2022. V. 15. № 1. P. 141. https://doi.org/10.3390/ma15010141

  8. Kharton V., Marques F., Atkinson A. Transport Properties of Solid Oxide Electrolyte Ceramics: a Brief Review // Solid State Ionics. 2004. V. 174. № 1–4. P. 135. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2004.06.015

  9. Cherepanov V.A., Aksenova T.V., Gavrilova L.Y., Mikhaleva K.N. Structure, Nonstoichiometry and Thermal Expansion of NdBa(Co,Fe)2O5+δ Layered Perovskites // Solid State Ionics. 2011. V. 188. № 1. P. 53–57. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2010.10.021

  10. Zhang S.-L., Chen K., Zhang A.-P., Li C.-X., Li C.-Y. Effect of Fe Doping on the Performance of Suspension Plasma-Sprayed PrBa0.5Sr0.5Co2–xFexO5+δ Cathodes for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells // Ceram. Int. 2017. V. 43. P. 11648–11655. https://doi.org/0.1016/j.ceramint.2017.05.438

  11. Jin F., Li Y., Wang Y., Chu X., Xu M., Zhai Y., Zhang Y., Fang W., Zou P., He T. Evaluation of Fe and Mn co-Doped Layered Perovskite PrBaCo2/3Fe2/3Mn2/3O5+δ as a Novel Cathode for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 22489–22496. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.09.018

  12. Lin Y., Jin F., Yang X., Nik B., Li Y., He T. YBaCo2O5+δ-based Double Perovskite Cathodes for Intermediate-temperature Solid Oxide Fuel Cells with Simultaneously Improved Structural Stability and Thermal Expansion Properties // Electrochim. Acta. 2019. V. 297. P. 344–354. https://doi.org/0.1016/j.electacta.2018.11.214

  13. Cordaro G., Donazzi A., Pelosato R., Mastropasqua L., Cristiani C., Sora I.N., Dotelli G. Structural and Electrochemical Characterization of NdBa1–xCo2–yFeyO5+δ as Cathode for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells // J. Electrochem. Soc. 2020. V. 167. P. 024502. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab628b

  14. Klyndyuk A.I., Mosiałek M., Kharitonov D.S., Chizhova E.A., Socha R., Zimovska M., Komenda A. Structural and Electrochemical Characterization of YBa(Fe,Co,Cu)O5+δ Layered Perovskites as Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells // Int. J. Hydrogen. Energy. 2021. V. 46. № 32. P. 16977–16988. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.01.141

  15. Yang Q., Tian D., Liu R., Wu H., Chan nY., Ding Y., Lu X., Lin B. Exploiting Rare-Earth-Abundant Layered Perovskite Cathodes of LnBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ (Ln = La and Nd) for SOFC // Int. J. Hydrogen. Energy. 2021. V. 46. № 7. P. 5630–5642. https://doi.org/10.1016/j.ijhedene.2020.11.031

  16. Klyndyuk A.I., Kharytonau D.S., Mosiałek M., Chizhova E.A., Komenda A., Socha R.S., Zimovska M. Double Substituted NdBa(Fe,Co,Cu)2O5+δ Layered Perovskites as Cathode Materials for Intermediate-temperature Solid Oxide Fuel Cells – Correlation between Structure and Electrochemical Properties // Electrochim. Acta. 2022. V. 41. P. 140062. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140062

  17. Xue J., Shen Y., He T. Performance of Double-Perovskite YBa0.5Sr0.5Co2O5+δ as Cathode Material for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells // Int. J. Hydrogen. Energy. 2011. V. 36. P. 6894–6898. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.02.090

  18. Yao C., Yang J., Zhang H., Chen S., Lang X., Meng J., Cai K. Evaluation of A-Site Deficient PrBa0.5–xSr0.5Co2O5+δ Layered (x = 0, 0.04, and 0.08) as Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells // J. Alloys Compd. 2021. V. 883. P. 160759. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160759

  19. Klyndyuk A.I., Zhuravleva Ya.Yu., Gundilovich N.N. Crystal Structure, Thermal and Electrotransport Properties of NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ (0.02 ≤ x ≤ 0.20) Solid Solutions // Chimica Techno Acta. 2021. V. 8. № 3. P. 20218301. https://doi.org/10.15826/chimtech.2021.8.3.01

  20. Urusova A.S., Cherepanov V.A., Aksenova T.V., Gavrilova L.Y., Kiselev E.A. Phase Equilibria, Crystal Structure and Oxygen Content of Intermediate Phases in the Y–Ba–Co–O System // J. Solid State Chem. 2013. V. 202. P. 207–214. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2013.03.037

  21. Клындюк А.И., Журавлева Я.Ю. Структура и физико-химические свойства твердых растворов NdBa1–xCaxFeCo0.5Cu0.5O5+δ (0.00 ≤ x ≤ 0.40) // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 12. С. 1874–1880. https://doi.org/10.31857/S0044457X22600669

  22. Клындюк А.И., Чижова Е.А. Структура, тепловое расширение и электрические свойства твердых растворов системы BiFeO3–NdMnO3 // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 3. С. 322–327. https://doi.org/10.7868/S0002337X15020098

  23. Kim Y.N., Kim J.-H., Manthiram A. Effect of Fe Substitution on the Structure and Properties of LnBaCo2–xFexO5+δ (Ln = Nd and Gd) Cathodes // J. Power Sources. 2010. V. 195. P. 6411–6419. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.03.100

  24. Shannon R.D. Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalogenides // Acta Crystallogr. 1976. V. 32. P. 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551

  25. Atanassova Y.K., Popov V.N., Bogachev G.G., Iliev M.N., Mitros C., Psycharis V., Pissas M. Raman- and Infrared Active Phonons in YBaCuFeO5: Experimental and Lattice Dynamics // Phys Rev. B. 1993. V. 47. P. 15201–15207. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.15201

  26. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982. 368 с.

  27. Snyder G.J., Snyder A.H., Wood M., Gurunatham R., Snyder B.H., Niu C. Weighted Mobility // Adv. Mater. 2020. V. 35. P. 2001537. https://doi.org/10.1002/adma.202001537

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал