Для цитирования:
Караваев Ю. Н., Неуймин А. Д., Плаксин С. В. Фазовый состав, электропроводность, стабильность характеристик твердых электролитов систем ZrO2–Sc2O3 и ZrO2–Sc2O3–CeO2 в области малых содержаний Sc2O3 и CeO2 // Электрохимическая энергетика. 2009. Т. 9, вып. 2. С. 82-90. DOI: 10.18500/1608-4039-2009-9-2-82-90, EDN: MLHZTZ
Фазовый состав, электропроводность, стабильность характеристик твердых электролитов систем ZrO2–Sc2O3 и ZrO2–Sc2O3–CeO2 в области малых содержаний Sc2O3 и CeO2
Методами рентгенофазового анализа, температурной (350–750°C) зависимости электропроводности, циклических ресурсных испытаний при температуре 700°C исследованы фазовый состав, электропроводность, стабильность характеристик ряда образцов системы ZrO2–Sc2O3 (4.5–6.0 мол.%) и с добавкой к ним 1 мол.% СеO2, изготовленных обычным керамическим методом при температуре спекания 1800°C (в вакууме) с последующим отжигом при 1150°C (на воздухе). В бинарных составах наряду с основной тетрагональной присутствует фаза на основе моноклинного ZrO2, количество которой с увеличением содержания Sc2O3 уменьшается до уровня «следов». СеO2 способствует формированию тетрагональной структуры образцов и повышает их электропроводность. При повышении содержания Sc2O3 и добавке СеO2 наблюдается тенденция к формированию кубической фазы, что, вероятно, обусловлено присутствием либо отдельных зерен с кубической структурой, либо некоторого количества высокотемпературной модификации тетрагональной структуры – фазы T'. Наблюдаемые изменения структурных и электрических характеристик твердых электролитов в процессе длительных (900 ч) ресурсных испытаний обусловлены установлением стабильных для данной температуры фазовых составов и значений электропроводности при ее снижении в результате накопления на поверхности зерен электролитов фаз с пониженной электропроводностью. СеO2 замедляет деградацию тетрагональной структуры, в том числе и ее высокотемпературной модификации – фазы T'. За исключением образцов с заметным содержанием моноклинной фазы исследованные твердые электролиты имеют достаточно высокую стабильность электрических характеристик.
1. Badwal S. P. S. // J. Mat. Sci. 1987. Vol. 22. P. 4125–4132.
2. Badwal S. P. S. // Solid State Ionics. 1992. Vol. 52. P. 23–32.
3. Yashima M., Kakihana M., Yoshimura M. // Solid State Jonics. 1996. Vol. 86–88. P. 1131–1149.
4. Badwal S. P. S., Ciacchi F. T., Rajendran S., Drennan J. // Solid State Ionics. 1998. Vol. 109, № 2–4. P. 167–186.
5. Arachi Y.., Asei T., Yamomoto O., Takeda Y., Kawate K., Tamakoshi C. // J. Electrochem. Soc. 2001. Vol. 148. № 5. P. A520–A523.
6. Караваев Ю. Н., Неуймин А. Д., Челнокова Е. В., Антонов Б. Д. // Ионный и электронный перенос в твердофазных системах: Сб.науч.тр. Свердловск: УрО АН СССР, 1992. С. 62–69.
7. Плинер С. Ю., Рутман Д. С., Дабижа А. А., Комоликов Ю. Н. // Огнеупоры. 1986. № 9. С. 19–20.
8. Караваев Ю. Н., Зырянов В. Г., Вовкотруб Э. Г. // Тез. докладов XI конференции по физической химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов. Екатеринбург, 1998. Т. 2. С. 144.
9. Караваев Ю. Н., Бурмакин Е. И., Мартемьянова З. С. // Там же. С. 117.
10. Караваев Ю. Н., Бурмакин Е. И. // Электрохимия. 1992. Т. 28, № 10. С. 1484–1489.
11. Караваев Ю. Н., Мартемьянова З. С. // Тез. докл. XI конф. по физической химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов. Екатеринбург, 1998. Т. II. С. 116.
12. Караваев Ю. Н., Неуймин А. Д., Плаксин С. В., Вовкотруб Э. Г. // Всерос. конф. «Химия твердого тела и функциональные материалы». Екатеринбург, 1008. С. 172.
13. Ruh R., Carrett H. Domogala R., Patel V. // J. Amer. Ceram. Soc. 1977. Vol. 60, № 9–10. P. 399–403.
14. Горелов В. П. // Тр. Ин-та электрохимии УНЦ АН СССР. 1978. Вып. 26. С. 69–75.
15. Караваев Ю. Н., Бурмакин Е. И. // Электрохим. энергетика. 2003. Т. 3, № 1. С. 21–25.
16. Караваев Ю. Н., Неуймин А. Д., Вовкотруб Э. Г. // Неорган. материалы. 2004. Т. 40, № 10. С. 1224–1229.
17. Караваев Ю. Н., Неуймин А. Д., Панкратов А. А. // Неорганические материалы. 1999. Т. 35, №12. С. 1482–1486.
18. Matsumoto R. L.K. // J. Amer. Ceram. Soc. 1985. Vol. 68, № 8. P. 123.