Электрохимия, 2022, T. 58, № 4, стр. 168-178

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время значительное внимание уделяется разработке среднетемпературных твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), что связано со снижением скорости деградации элементов при рабочих температурах 800–600°С и расширением выбора материалов. Однако при снижении рабочей температуры ТОТЭ падает скорость протекания реакции на электродах, а следовательно, и удельная мощность элемента. Поэтому важной задачей остается разработка высокоактивного катода, материал которого должен удовлетворять ряду требований: высокая электронная проводимость, химическая совместимость с электролитом, коэффициент термического расширения (КТР), близкий к КТР других компонентов ТОТЭ.

Одними из перспективнейших кандидатов на роль катода ТОТЭ считаются составы La_1 ‒ xSr_xFe_{1 –y}Co_yO₃ (LSCF) [1]. Эти материалы со структурой перовскита обладают высокими смешанной ион-электронной проводимостью и каталитической активностью в реакции восстановления кислорода (см., например, [2–4]). Однако LSCF характеризуется высоким КТР, варьирующимся от 14 до 20 × 10^–6 K^–1 в зависимости от химического состава [1]. Признанной стратегией сближения КТР электрода и электролита, которая также улучшает электродные характеристики, за счет увеличения площади трехфазной границы, является создание композита [5]. Несмотря на то, что LSCF обладает смешанной проводимостью, и поэтому электродная реакция может протекать не только вблизи электролита, но и в объеме катода, формирование композитного катода с электролитами на основе CeO₂, допированного Gd₂O₃ (GDC) или Sm₂O₃ (SmDC), приводит к снижению поляризационного сопротивления [6‒10]. В работе [6] поляризационное сопротивление чистого La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_{3 – δ}-катода при 686°С было в ~3.5 раз выше, чем композитного катода, содержащего 36 об. % Ce_0.9Gd_0.1O_{2 – δ}. Близкое отношение поляризационных сопротивлений (3.4 раза при 700°С) чистого La_0.58Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_{3 – δ} и композитного 60 вес. % La_0.58Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_{3 – δ}–40 вес. % Ce_0.8Gd_0.2O_{2 – δ} катодов было продемонстрировано в [8]. Тогда как в работах [7] и [9] формирование композита с 50 вес. % GDC приводило к 10- и 7-кратному уменьшению поляризационного сопротивления по сравнению с исходным катодом La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_{3 – δ}, соответственно. Расхождение литературных данных связано с различием в микроструктуре электродов, изготовленных разными методами, а также может быть вызвано как разницей в соотношении размеров зерен LSCF и GDC, так и собственно их размерами [11]. Дополнительным подходом к расширению трехфазной границы и, тем самым, снижению поляризационного сопротивления является переход к наноструктурным электродам [12]. Наиболее распространенным подходом создания катодов с “тонкой” структурой является метод пропитки (см., например, [13–15]).

В данной работе исследуется возможность создания высокоактивного композитного катода LSCF–GDC традиционным методом (механическое смешивание компонентов, нанесение и припекание) с использованием в качестве исходных материалов наноразмерных порошков.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Наноразмерный порошок электролита Ce_0.73Gd_0.27O_{3 – δ} (GDC) был получен методом лазерного испарения [16]. В качестве исходного катодного материала использовали порошок La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_{3 – δ} (LSCF) производства Kceracell Co., Ltd. (Корея). Удельную поверхность порошков определяли методом BET с помощью TriStar 3000. Фазовый состав исследовали с помощью дифрактометра D8 DISCOVER на медном излучении (${\text{Cu}}{{K}_{{{{\alpha }_{{1,2}}}}}}$, λ = 1.542 Å) с графитовым монохроматором на дифрагированном луче.

Из исходных порошков были приготовлены пять композитов с различным весовым соотношением LSСF и GDC: 2 : 8, 4 : 6, 5 : 5, 6 : 4 и 8 : 2. В дальнейшем будем их обозначать как LС/C_X/Y, где X и Y – весовая доля LSСF и GDC соответственно. Для достижения гомогенности композитов порошки тщательно смешивали с использованием диспергатора УЗГ8-0.4/22 и гравитационного смесителя в течение 2 сут. Химическое взаимодействие между LSCF и GDC исследовали на составе LC/C_5/5. Образцы, спрессованные из композита, были спечены при трех температурах (1200, 1300 и 1400°С) с выдержкой на максимальной температуре 10 ч. Фазовые составы спеченных образцов LC/C_5/5, так же как исходных порошков, исследовали с помощью дифрактометра D8 DISCOVER.

Кинетику спекания материалов исследовали на образцах в виде дисков диаметром 8 мм и толщиной ~3 мм, спрессованных до относительной плотности ~0.5–0.6 с помощью одноосного гидравлического пресса ПРГ-1-20. Измерения были выполнены на дилатометре Dil 402C в воздушной атмосфере в диапазоне температур 20–1400°С. Скорость нагрева составляла 5°С/мин.

Для измерения проводимости композитов были спрессованы бруски прямоугольного сечения с характерными размерами 3 × 2 × 30 мм, которые спекали при 1250°С в течение 7 ч. На подготовленные образцы наносили зонды из платиновой проволоки. Для обеспечения хорошего электрического контакта зондов с образцом применяли платиновую пасту, которую припекали при 1000°С в течение 1 ч. Проводимость измеряли 4‑зондовым методом на постоянном токе в диапазоне температур 20–850°С с помощью потенциостата/гальваностата P-40X, совмещенного с модулем измерения импеданса (ООО “Electrochemical Instruments”, Россия).

Поляризационное сопротивление композитных катодов определяли на симметричных образцах электрод–электролит–электрод методом импедансной спектроскопии. Дисковые образцы электролита GDC плотностью не ниже 7 г/см³ были получены путем прессования и последующего спекания при температуре 1300°С (7 ч). Характерный диаметр и толщина дисковых образцов составляли 12 и 1 мм, соответственно. С двух сторон на образцы GDC методом окрашивания наносили исследуемые электроды диаметром 8 мм. Температуру припекания электродов к электролиту варьировали в диапазоне 1000–1200°С. Подготовленные симметричные образцы зажимали между платиновыми сетками с диаметром проволоки 0.03 мм (шаг плетения 0.25 мм). Спектры импеданса снимали при напряжении 15 мВ в диапазоне частот 0.3 МГц–0.1 Гц с помощью P-40X. Измерения проводили в застойном воздухе в диапазоне температур 850–650°С. Полученные спектры импеданса обрабатывали с помощью программы ZView.

Микроструктуру катодов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6390LA. Для анализа использовали слом образцов симметричных электрохимических ячеек электрод–электролит–электрод.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристики исходных порошков представлены в табл. 1. На рис. 1 представлены дифрактограммы исходных порошков LSCF, GDC и образцов LC/C_5/5, спеченных при различных температурах. В работе [17] не было найдено взаимодействия между катодным материалом La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_{3 – δ} и электролитом Ce_0.8Gd_0.2O_{2 – δ} после термической обработки при 1150°С в течение 3 ч. Рентгенофазовый анализ композитов LC/C_5/5, спеченных при температурах 1200, 1300 и 1400°С, показал наличие в их составе двух фаз со структурами типа флюорита и перовскита и не обнаружил образование каких-либо вторичных фаз. Однако следует обратить внимание, что параметры решетки составляющих композита (табл. 2) изменяются с ростом температуры спекания. Элементарная ячейка GDC увеличивается, тогда как для LSCF – уменьшается, что связывают с диффузией катионов из катодного материала в электролит [18]. Увеличение параметра решетки GDC, по-видимому, объясняется встраиванием катионов лантана и/или стронция в решетку флюорита. Тогда как встраивание кобальта и/или железа должно было привести к уменьшению элементарной ячейки GDC из-за их малых ионных радиусов. Тем не менее диффузия переходных металлов в структуру электролита возможна по границам зерен. В частности, в работе [19], где взаимодействие на границе между плотными образцами Ce_0.8Gd_0.2O_{2 – δ} и La_0.8Sr_0.2Co_{1 –y}Fe_yO_{3 – δ} (y = 0, 0.2, 0.8 и 1) исследовалось методом масс-спектрометрии вторичных ионов, наблюдалось миграция большого количества стронция, кобальта и железа в электролит.

Рис. 1.

Дифрактограммы порошков LSCF, GDC и композита LC/C_5/5, спеченного при температурах 1200, 1300 и 1400°С в течение 10 ч.

На рис. 2 представлены кривые усадки образцов из исходных порошков и композитов на их основе. В табл. 3 приведены параметры, позволяющие количественно охарактеризовать процесс спекания. Температура начала спекания (T₀) определена как температура, при которой усадка образца начинает преобладать над термическим расширением. Из табл. 3 видно, что T₀ практически совпадают для GDC и композитов с содержанием GDC выше 50 вес. %. Дальнейшее уменьшение GDC в составе композита приводит к увеличению температуры начала спекания. Максимальная скорость усадки (V_max) и температура ее реализации $({{T}_{{{{V}_{{{\text{max}}}}}}}})$ были определены при дифференцировании кривых усадки по времени d(ΔL/L₀)/dt. Причем на кривых производных усадки для композитов LSСF–GDC с соотношением 5/5, 6/4 и 8/2 наблюдается два экстремума. Первый экстремум, при температуре около 980°С, совпадает с ${{T}_{{{{V}_{{{\text{max}}}}}}}}$ для других композитов и определяется, по-видимому, спеканием частиц электролита, хотя для чистого GDC максимальная скорость усадки реализуется на 100°С выше. Максимальной скоростью усадки, превосходящей V_max исходных материалов характеризуются композиты LC/C_2/8 и LC/C_4/6. Тогда как V_max композитов с высоким содержанием LSCF ниже, чем у исходных материалов. Температура окончания спекания (T_fin) композитов постепенно увеличивается с увеличением содержания LSCF. Таким образом, кинетика спекания композитов LC/C_8/2 и LC/C_6/4 определяется главным образом кинетикой спекания их основного компонента – LSCF. Тогда как композиты с содержанием GDC более 50 вес. % характеризуются лучшей спекаемостью, чем чистые LSCF и GDC. Снижение энергии активации диффузионных процессов на стыках частиц разнородных материалов во время спекания является единственным объяснением наблюдаемого поведения. По-видимому, уменьшение содержания LSCF в композитах (в исследованном диапазоне) ведет к увеличению контактов мелких частиц GDC с более крупными частицами LSCF и, следовательно, влияет на кинетику спекания.

Рис. 2.

Кривые линейной усадки исследуемых материалов.

На рис. 3 представлены температурные зависимости проводимости исследуемых материалов. Видно, что кривые проводимости как LSCF, так и композитов на его основе имеют экстремум в районе 600°С. Известно, что максимум проводимости материалов с перовскитной структурой связан с потерей кислорода при высоких температурах, что приводит к снижению концентрации и подвижности носителей электрического заряда [20]. Подобными температурными зависимостями проводимости характеризуются все составы ферро-кобальтитов лантана-стронция с различным соотношением компонентов [2, 20–26]. Однако, несмотря на одинаковую общую тенденцию, литературные данные значительно различаются как по значениям проводимости, так и по температуре, при которой достигается максимум проводимости для определенного состава. В работе [22] проводимость состава La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_{3 – δ}, совпадающего с исследуемым в данной работе, слабо зависела от температуры в диапазоне 100–600°С с экстремумом вблизи 300°С, выше 600°С наблюдалось резкое падение проводимости. Уменьшение проводимости этого состава при увеличении температуры в высокотемпературной области (700–900°С) также подтверждается результатами работы [24]. Для более исследованного состава La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_{3 – δ} были получены зависимости проводимости как с выраженными максимумом при температурах около 800°С [21], 650°С [23] и 500–600°C [2, 20], так и очень слабо зависящие от температуры с размытым экстремумом в диапазоне температур 400–600°С [25, 26]. При этом максимальное [25] и минимальное [26] литературные значения проводимости при 600°С отличаются в 2.3 раза.

Рис. 3.

Температурная зависимость проводимости композитных материалов на основе LSCF.

Проводимость композитов уменьшается с увеличением содержания в их составе GDC, что связано со значительно меньшей проводимостью электролитного материала по отношению к LSCF. При 600°С проводимости LC/C_8/2, LC/C_6/4, LC/C_5/5, LC/C_4/6 и LC/C_2/8 меньше проводимости LSCF приблизительно в 1.5, 2.6, 4, 7 и 200 раз, соответственно. В работе [26] также наблюдалось снижение проводимости в 4 раза по отношению к чистому катодному материалу при формировании композита с равным весовым соотношением La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_{3 – δ} и Ce_0.8Sm_0.2O_1.9. Значительно более низкая проводимость LC/C_2/8 по сравнению с другими композитами объясняется тем, что содержание высокопроводящего компонента в его составе менее 30 об. %. Согласно теории перколяции [27], при таком малом содержании частицы LSCF не должны образовывать проводящих каналов. Наглядным примером этого поведения является зависимость проводимости Ni-керметов от их состава [28, 29]. При содержании Ni менее 30 об. % проводимость керметов становится практически равна проводимости электролитной составляющей. Однако проводимость композита LC/C_2/8 на два порядка превосходит проводимость электролитного материала GDC, что по-видимому, обусловлено смешанной ион-электронной проводимостью LSCF.

Оптимальная температура припекания катодов была определена на примере составов LSCF, LC/C_8/2 и LC/C_5/5. Для этого выбранные катодные материалы припекали при пяти различных температурах в диапазоне 1000–1200°С. Во всех случаях на температуре припекания образцы выдерживали в течение 1 ч. Было найдено, что оптимальная температура припекания катодов составляет 1100°С (рис. 4), поэтому все дальнейшие исследования были выполнены на электродах, припеченных при этой температуре. При более низких температурах припекания рост поляризационного сопротивления связан с ухудшением адгезии между катодным и электролитным материалами. Рост поляризационного сопротивления при температурах выше оптимальной обусловлен, по-видимому, формированием более плотной структуры. Как было показано выше, химического взаимодействия между LSCF и GDC, приводящего к формированию плохо проводящих фаз на границе раздела при температурах припекания и, следовательно, отрицательно влияющего на поляризационное сопротивление, не было обнаружено.

Рис. 4.

Зависимость поляризационного сопротивления от температуры припекания.

На рис. 5 представлены спектры импеданса композитных катодов, снятые при 800°С. Как видно из рис. 5а, композиты с содержанием GDC более 50 вес. % имеют большое поляризационное сопротивление, тогда как электроды с содержанием GDC 50 вес. % и менее имеют характеристики, близкие к LSCF (рис. 5б). Это явление можно объяснить с помощью модели амбиполярного сопротивления пористого композитного катода, предложенной в [6]. При высоком содержании GDC частицы LSCF не могут формировать протяженные электронпроводящие каналы. Пористая структура катода дополнительно “укорачивает” каналы проводимости. Это приводит к резкому увеличению поляризационного сопротивления из-за, во-первых, высокого омического сопротивления пористого композитного катода и, во-вторых, высокого контактного сопротивления границы катод/электролит. Литературные данные о влиянии состава композита на поляризационное сопротивление имеют достаточно большой разброс. В работе [6] резкий рост поляризационного сопротивление композита La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3 – δ–Ce_0.9Gd_0.1O_2 – δ наблюдался при содержании электролита 40 об. %, в работе [7] для композита La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3 – δ–Ce_0.8Gd_0.2O_3 – δ – при 60 вес. %, а в работе [9] для композита La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3 – δ–Ce_0.9Gd_0.1O_2 – δ – при 70 вес. %. Несовпадение данных может быть следствием как различных соотношений размеров частиц LSCF и GDC, так и величин пористости исследуемых электродов. В дальнейшем электроды LC/C_4/6 и LC/C_2/8 рассматривать не будем.

Рис. 5.

Спектры импеданса катода LSCF и композитов на его основе на воздухе при 800°C.

Спектры импеданса электродов с содержанием GDC менее 50 вес. % состоят из трех полуокружностей (рис. 5б), каждая из которых является отражением определенного электрохимического процесса. Далее процессы в соответствии с их разделением по частотам будем обозначать: высокочастотный (HF), среднечастотный (MF) и низкочастотный (LF). Анализ спектров импеданса проводили по эквивалентной схеме (вставка на рис. 5б), состоящей из последовательно соединенных сопротивления R_s и элементов (RQ). Сопротивление R_s соответствует омическим потерям и в основном определяется сопротивлением электролита. Каждый элементы (RQ), состоящий из параллельно соединенных сопротивления R и элемента постоянной фазы Q, соответствует определенному электрохимическому процессу. Значения параметров эквивалентной цепи, полученные при обсчете спектров импеданса, были использованы для определения частот релаксаций f и емкости С каждого процесса в соответствии со следующими уравнениями:

На рис. 6 представлены температурные зависимости f, C, и составляющих поляризационного сопротивления (R_η-HF, R_η-MF, R_η-LF). Величина удельного сопротивления каждого электрохимического процесса была рассчитана путем умножения значения соответствующего R, найденного из спектров импеданса, на площадь электрода и делением пополам, так как измерения проводили на симметричных ячейках. Частоты релаксации HF- и MF-процессов имеют стандартную аррениусовскую зависимость, тогда как частоты релаксации LF-процесса слабо зависят от температуры. При этом частоты f_HF и f_MF для катодов LSCF и LC/C_8/2 значительно отличаются, поэтому высоко- и среднечастотные процессы ясно разделяются на спектрах импеданса. Увеличение содержания GDC в составе композита ведет к сближению частот f_HF и f_MF и перекрытию высоко- и среднечастотного процессов. Так для катода LC/C_6/4 HF- и MF-процессы разделяются, хотя и не столь однозначно как для LSCF и LC/C_8/2, тогда как для LC/C_5/5 разделить эти два процесса не представляется возможным. Поэтому в спектре LC/C_5/5 выделены только две части (высокочастотная и низкочастотная), понимая, что высокочастотная часть должна состоять из двух процессов с близкими частотами релаксации. Наибольшей емкостью для всех исследованных катодов характеризуется низкочастотный процесс (0.6–6 Ф/см²). Емкость среднечастотного процесса для LSCF и LC/C_8/2 составляет 0.25–1.4 Ф/см², тогда как для LC/C_6/4 – порядка 15 мФ/см². Емкости HF-процесса для всех составов варьировалось в диапазоне 0.35–10 мФ/см². Хотя и здесь емкость для состава LC/C_6/4 меньше, чем для LSCF и LC/C_8/2.

Рис. 6.

Температурные зависимости: (а) частот релаксации, (б) емкостей и (в) сопротивлений поляризации для высоко- (HF), средне- (MF) и низкочастотных (LF) вкладов в общую поляризацию исследуемых катодов.

Чаще всего в литературе в спектрах импеданса для катода со смешанной ион-электронной проводимостью выделяют две части: высокочастотная и среднечастотная (по терминологии, принятой в данной статье). Высокочастотная часть, характеризующаяся емкостями единицы мФ/см² [30] и частотами 0.4–10 кГц [30, 31], соответствует процессу переноса заряда через границу электрод/электролит. Среднечастотная часть (емкость 15–100 мФ/см², частоты 10–300 Гц при 750°С [30, 31]) интерпретируется как процессы, происходящие на границе катодный материал/газ (адсорбция–десорбция кислорода, диссоциация кислорода, диффузия по поверхности и связь этих процессов). Низкочастотная часть спектров импеданса, представленных на рис. 5, наиболее вероятно связана с процессами массопереноса, такими как диффузия газа в порах электродов [32]. Это предположение подтверждается тем, что сопротивление низкочастотной части (R_η-LF), варьирующееся в диапазоне 0.02–0.06 Ом см² для всех электродов, практически не зависит от температуры (рис. 6в).

Микрофотографии слома электродов, припеченных при оптимальной температуре, представлены на рис. 7. Видно, что исследованные электроды имеют хороший контакт с электролитом. В структуре электродов наблюдается две фракции пор: мелкие регулярные поры и отдельные крупные каверны. Оценка размеров пор и величины пористости электродов по микрофотографиям была проведена с помощью программы ImageJ. Величина пористости, сформированной мелкими порами, для электродов LSCF, LC/C_8/2 и LC/C_5/5 составляет около 26, 17 и 15% соответственно. При этом размер регулярных пор для LSCF варьировался в диапазоне 0.3–0.6 мкм, для LC/C_8/2 – 0.3–0.4 мкм, а для LC/C_5/5 – 0.2–0.4 мкм. Наличие крупных каверн (размером десятки мкм) оказывает большее влияние на пористость более плотных электродов. Полная пористость электродов LSCF, LC/C_8/2 и LC/C_5/5 составляет около 28, 23 и 22% соответственно. Таким образом, наноразмерный порошок GDC в составе композитного катода приводит к формированию более плотной микроструктуры электрода, характеризующейся порами меньшего размера. Однако, как показал анализ спектров импеданса, наблюдаемые различия микроструктуры электродов не влияют на газовую диффузию в условиях проведенных измерений.

Рис. 7.

СЭМ-изображения изломов границы катод/электролит с электродами: LSCF (а, б), LC/C_8/2 (в, г) и LC/C_5/5 (д, е).

Из рис. 6в видно, что наибольший вклад в поляризационное сопротивление исследуемых электродов вносит высокочастотный процесс (R_η-HF), тогда как среднечастотный процесс (R_η-MF) вносит небольшой вклад, особенно при высоких температурах. Частоты релаксации высоко- и среднечастотного процессов для LSFC ниже, чем частоты для композита LC/C_6/4 (рис. 6а). Это указывает на то, что введение GDC в состав катода приводит к уменьшению времени релаксации процессов, происходящих как на границе катод/электролит, так и катод/газ. Однако сопротивления R_η-HF и R_η-MF растут с увеличением содержания GDC. По-видимому, этот эффект объясняется уменьшением области протекания соответствующих реакций из-за формирования более плотной структуры композитных электродов. Косвенно данный вывод подтверждается меньшими значениями емкости HF- и MF-процессов для LC/C_6/4 по сравнению с LSCF (рис. 6б), так как в работах [33, 34] было показано, что емкость выше для катодов с более протяженной трехфазной границей.

На рис. 8 представлены температурные зависимости полного поляризационного сопротивления исследуемых катодов. Видно, что хотя композитные электроды с содержанием GDC 20 и 40 вес. % при температурах 750–850°С имеют поляризационные сопротивления, близкие к LSCF, наблюдается тенденция к ухудшению характеристик электродов с увеличением доли GDC в их составе. В табл. 4 представлены данные по поляризационному сопротивлению исследованных катодов при 700°С в сравнении с литературными данными [35–39]. Видно, что характеристики катодов La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_{3 – δ}, изготовленныx разными методами, существенно различаются. Связано это с формированием различной микроструктуры электродов. В частности, в работе [39] путем варьирования параметров электрораспылительного осаждения (electrospray deposition) были получены электроды как с кораллоподобной пористой структурой, так и плотной структурой с макротрещинами, поляризационное сопротивление которых отличалось в 2 раза (см. табл. 4). Как упоминалось выше [6–9], композитные электроды, сформированные из микронных порошков, имеют лучшие характеристики, чем чистый LSCF. Изготовление катодов из агломератов, состоящих из наночастиц электродного и электролитного материалов, полученных методами золь–гель [40] или спрейпиролиза [41], также приводит к низким поляризационным сопротивлениям. Однако, как показано в данной работе, стандартная методика изготовления композитных электродов, состоящая из смешивания исходных материалов и последующего припекания, при использовании нанопорошков не позволяет расширить трехфазную границу за счет формирования тонкой микроструктуры. Интенсивное спекание нанопорошков приводит к формированию более плотной структуры электродов и, следовательно, ухудшению их характеристик.

Рис. 8.

Температурная зависимость поляризационного сопротивления композитных катодов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведено исследование влияния состава композитного катода La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_{3 – δ}–Ce_0.73Gd_0.27O_{3 – δ} (LSCF–GDC), изготовленного с использованием наноразмерного порошка GDC, на его характеристики. Не обнаружено формирования вторичных фаз в композите при термической обработке до 1400°С включительно. Проводимость композитов закономерно падала с увеличением содержания GDC в их составе, что связано со значительно меньшей проводимостью электролитного материала по отношению к LSCF. Вопреки ожиданиям, чистый LSCF-катод обладает лучшими характеристиками, чем композитные катоды на его основе, поляризационное сопротивление которых росло с увеличением содержания GDC. Причина полученной зависимости кроется в интенсификации процесса спекания катода при введении в его состав нанопорошка GDC, что приводит к формированию более плотной структуры электрода и уменьшению зоны протекания электродной реакции.