Ежемесячный научно-технический и производственный журнал

ISSN 0131-9582

  • Сквозной номер выпуска: 1136
  • Страницы статьи: 43-51
  • Поделиться:

Рубрика: Без рубрики

Твердый раствор Ce0,8Y0,2O2-? получен тремя методами: золь-гель, глицин-нитратным и реакциями в твердой фазе. Температура синтеза составила 1350 ?С для золь-гель метода и 1500 ?С для остальных образцов. Рентгеновским методом показано, что все образцы имеют кубическую решетку со структурой флюорита. Исследованы микроструктура, плотность, электропроводность, микротвердость и трещиностойкость полученной керамики. Методом импедансной спектроскопии установлено, что наибольшей электропроводностью обладает система Ce0,8Y0,2O2-? , полученная золь-гель методом, составляя 5,37 мСм/см при температуре 550 ?С и наименьшей энергией активации, равной 0,83 эВ в температурном диапазоне 300 – 550 ?C. Определен вклад в проводимость зерен и границ зерен. Показано, что общая проводимость для всех образцов снижается за счет сопротивления по границам зерен.

Ирина Васильевна Суджанская – канд. физ.-мат. наук, науч. сотрудник Центра коллективного пользования «Технологии и Материалы НИУ «БелГУ», Белгородский национальный исследовательский университет, Белгород, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Алексей Евгеньевич Васильев – канд. физ.-мат. наук, младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов альтернативной энергетики, Белгородский государственный технологический университет им. Б. Г. Шухова (БГТУ им. В. Г. Шухова), Белгород, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Максим Николаевич Япрынцев – научный сотрудник ЦКП «Технологии и материалы НИУ «БелГУ», ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет», НИУ «БелГУ», Белгород, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Юлия Сергеевна Некрасова – канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры математики БГТУ им. В. Г. Шухова, Белгород, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Андрей Николаевич Олейник – канд. физ.-мат. наук, науч. сотрудник лаборатории радиационной физики, Белгородский национальный исследовательский университет, Белгород, Россия. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

1. Fan L., Wang C., Chen M., Zhu B. Recent development of ceria-based (nano) composite materials for low temperature ceramic fuel cells and electrolyte-free fuel cells // Journal of Power Sources. 2013. V. 234. P. 154 – 174.
2. Lingyao Li, Bin Zhu, Jing Zhang, et al. Electrical properties of nanocube CeO2 in advanced solid oxide fuel cells // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. V. 43. P. 12909 – 12916.
3. Gao Zh., Mogni L. V., Miller E. C., et al. A perspective on low-temperature solid oxide fuel cells // Energy & Environmental Science 2016. V. 9, Is. 5. P. 1602 – 1644.
4. Zhang J., Lenser Ch., Menzler N. H., Guillon O. Comparison of solid oxide fuel cell (SOFC) electrolyte materials for operation at 500 ?C // Solid State Ionics. 2020. V. 344. P. 115138.
5. Liu Z., Ding D., Liu M., et al. High-performance, ceria-based solid oxide fuel cells fabricated at low temperatures // Journal of Power Sources. 2013. V. 241. P. 454 – 459. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.04.130
6. Steele B. C. H. Appraisal of Ce1-yGdyO2-y/2 electrolytes for IT-SOFC operation at 500 ?C // Solid State Ionics. 2000. V. 129. P. 95 – 110.
7. Doshi R., Richards V. L., Carter. D. J., et al. Development of Solid-Oxide Fuel Cells That Operate at 500 ?C // Journal of The Electrochemical Society. 1999. V. 146, No. 4. P. 1273 – 1278.
8. Tadoroko S. K., Porfirio T. C., Muccillo R., Muccillo E. N. S. Synthesis, sintering and impedance spectroscopy of 8 mol % yttria-doped ceria solid electrolyte // Journal of Power Sources. 2004. V. 130. P. 15 – 21.
9. Shi Q., Chen J., Xing Yu., et al. Semiconductor Heterostructure StTiO3/CeO2 Electrolyte Membrate Fuel Cells // Journal of the Electrochemical Society. 2020. V. 167. P. 054504.
10. Brosha E. L., Mukundan R., Brown D. R., et al. Development of ceramic mixed potential sensors for auto-motive applications // Solid State Ionics. 2002. V. 148. P. 61 – 69.
11. Nigge U., Wiemhofer H. D., Romer E. W. J., et al. Composites of Ce0.8Gd0.2O1.9 and Gd0.7Ca0.3CoO3 das oxygen permeable membranes for exhaust gas sensor // Solid State Ionics. 2002. V. 146, No. 1–2. P. 163.
12. Hashimoto A., Hibino T., Sano M. A Fuel-Cell-Type Sensor for Detection of Carbon Monoxide in Reformed Gases // Electrochem. Solid-State Lett. 2002. V. 5, No. 2.
13. Melchionna M., Fornasiero P. The role of ceria-based nanostructured materials in energy applications // Materials Today. 2014. V. 17, No. 7. P. 349 – 357.
14. He D., Hao H., Chen D., et al. Synthesis and application of rare-earth elements (Gd, Sm, and Nd) doped ceria-based solid solutions for methyl mercaptan catalytic decomposition // Catalysis Today. 2017. V. 281, No. 3. P. 559 – 565.
15. Vita A. Catalytic Applications of CeO2-Based Materials // Catalysts. 2020. V. 10. P. 576. URL: https:// doi.org/10.3390/catal10050576
16. Nikbin D. Micro SOFCs: why small is beautiful // The Fuel Cell Review. 2006. No. 3. P. 21 – 24.
17. Bieberle-Hutter A., Beckel D., Muecke U., et al. Micro-solid oxide fuel cells as battery replacement // Mst News. 2005. No. 4-5. P. 12 – 15.
18. Bieberle-Hutter A., Beckel D., Infortuna A., et al. A micro-solid oxide fuel cell system as battery replacement // Journal of Power Sources. 2008. V. 177. P. 123 – 130. DOI:10.1016/j.jpowsour.2007.10.092.
19. Robert G. Micro Fuel Cells for Portable Applica-tions: European Patent EP 1455409A1, 2004.
20. Xu H., Yan H., Chen Z. Sintering and electrical properties of Ce0.8Y0.2O1.9 powders prepared by citric acid-nitrate low-temperature combustion process // Journal of Power Sources. 2006. V. 163. P. 409 – 414.
21. Padmasree K. P., Montalvo-Lozano R. A., Montemayor S. M., Fuentes A. F. Electrical conduction and dielectric relaxation process in Ce0.8Y0.2O1.9 electrolyte system // Journal of Alloys and Compounds. 2011. V. 509. P. 8584 – 8589.
22. Wang B., Zhu B., Yun S., et al. Fast ionic conduc-tion in semiconductor CeO2-? electrolyte fuel cells // NPG Asia Materials. 2019. V. 11. P. 51.
23. Inaba H., Tagawa H. Ceria-based solid electro-lytes // Solid State Ionics. 1996. V. 83. P. 1 – 16.
24. Horovistiz A. L., Rocha R. A., Muccillo E. N. S. Electrical conductivity and microstructure relationship in ternary systems based on cerium oxide // Ceramics International. 2013. V. 39. P. 5887 – 5892.
25. Ramos-Alvarez P., Villafuerte-Castrejon M. E., Gonzalez G., et al. Ceria-based electrolytes with high surface area and improved conductivity for intermediate temperature solid oxide fuel cells // J. Mater. Sci. 2017. V. 52. P. 519 – 532.
26. Yoshida H., Miura K., Fukui T., et al. Sintering behavior of Ln-doped ceria compounds containing gallia // Journal of Power Sources. 2002. V. 106. P. 136 – 141. URL: https://doi.org/10.1016/S0378-7753(01)01038-2
27. Ma J., Zhang T. S., Kong L. B., et al. Preparation and characterization of dense Ce0.85Y0.15O2-? ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2004. V. 24. P. 2641 – 2648.
28. Gerhardt R., Nowick A. S. Grain-Boundary Effect in Ceria Doped with Trivalent Cations: I. Electrical Measurements // Journal of the American Ceramic Society. 1986. V. 69, No. 9. P. 641 – 646.
29. Mahmud L. S., Muchtar A., Somalu M. R. Challenges in fabricating planar solid oxide fuel cells: a review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. V. 72. P. 105 – 116. URL: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.019
30. Prasad D. H., Son J.-W., Kim B.-K., et al. Synthesis of nano-crystalline Ce0.9Gd0.1O1.95 electrolyte by novel sol-gel thermolysis process for IT-SOFCs // Journal of the European Ceramic Society. 2008. V. 28, I, No. 16. P. 3107 – 3112. URL: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc. 2008.05.021
31. Tian C., Chan S.-W. Ionic conductivities, sintering temperatures and microstructures of bulk ceramic CeO2 doped with Y2O3 // Solid State Ionics. 2000. V. 134. P. 89 – 102. URL: https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00717-7
32. Fu Y.-P. Ionic conductivity and mechanical properties of Y2O3-doped CeO2 ceramics synthesis by microwave-induced combustion // Ceramics International. 2009. V. 35. P. 653 – 659.
33. Li J. G., Wang Y., Ikegami T., Ishigaki T. Densification below 1000 ?C and grain growth behaviors of yttria doped ceria ceramics // Solid State Ionics. 2008. V. 179. P. 951 – 954. URL: https://doi.org/10.1016/ j.ssi.2008.01.053
34. Guo C. X., Wang J. X., He C. R., Wang W. G. Effect of alumina on the properties of ceria and Scandia co-doped zirconia for electrolyte-supported SOFC. // Ceramics International. 2013. V. 39. P. 9575 – 9582. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.05.076
35. Kidner N. J., Perry N. H., Mason T. O. The Brick Model Revisited: Introducing the Nanj-Grain Composite Model // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. No. 6. P. 1733 – 1746. URL: https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02445.x
36. Foschii C. R., Souza D. P. F., Filho P. I. P., Varela J. A. AC impedance study of Ni, Fe, Cu, Mn doped ceria stabilized zirconia ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2001. V. 21, I, No. 9. P. 1143 – 1150. URL: https://doi.org/10.1016/S0955-2219(00)00339-3
37. Neuhaus K., Dolle R., Wiemhofer H.-D. The Effect of Transition Metal Oxide Addition on the Conductivity of Commercially Available Gd-Doped Ceria // Journal of The Electrochemical Society. 2020. V. 167. P. 044507. URL: https://iopscience.iop.org/ article/10.1149/1945-7111/ab729b/pdf
38. Niihara K., Morena R., Hasselman D. P. H. Evalution of K1c of brittle solids by the indentation method with low crack-to-indent rations // Mater. Sci. Lett. 1982. No. 1. P. 13 – 16.

Статью можно приобрести
в электронном виде!

PDF формат

500

DOI: 10.14489/glc.2022.08.pp.043-051
Тип статьи: Научная статья
Оформить заявку

Ключевые слова

Для цитирования статьи

Суджанская И. В., Васильев А. Е., Япрынцев М. Н., Некрасова Ю. С., Олейник А. Н. Влияние метода получения твердого раствора Ce0,8Y0,2О2-? на его структуру и электрофизические свойства // Стекло и керамика. 2022. Т. 95, № 8. С. 43 – 51. DOI: 10.14489/glc.2022.08.pp.043-051