ИСТИНА

Недостаточная эффективность стандартного катодного материала твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) на основе манганита лантана-стронция (La,Sr)MnO3 (LSM) при рабочих температурах 550-750оС (среднетемпературный ТОТЭ) требует разработки новых материалов. Требования к катодному материалу среднетемпературного ТОТЭ включают высокую электронную и кислород-ионную проводимость, каталитическую активность в реакции восстановления кислорода, коэффициент термического расширения (КТР), близкий к КТР электролита, а также химическую инертность по отношению к смежным материалам компонентов ТОТЭ [1]. В настоящем докладе рассмотрено влияние кристаллической структуры и химического состава на эти важные для катодного материала ТОТЭ свойства. Сложные оксиды кобальта, содержащие в своем составе катионы Co3+, с перовскитоподобными структурами удовлетворяют большинству приведенных выше требований. Однако имеют существенный недостаток - высокий КТР, связанный с термически активированным переходам между низко- и высокоспиновым состояниями катиона Co3+. КТР сложного оксида может быть существенно снижен при переходе к соединениям, содержащим в своем составе катионы Co3+ в основном высокоспиновом состоянии. Нами впервые показано присутствие высокоспинового Co3+ в основном состоянии в октаэдре CoO6 в оксиде Sr2Co1.2Ga0.8O5 со структурой браунмиллерита [2]. Этого приводит к низкому КТР оксида, составляющего 13.1 ppm K-1 (298-1073K). Влияние спинового перехода на высокотемпературное термическое расширение кобальтсодержащих оксидов рассмотрено на примере оксидов (Pr,Sr)2(Co,Ni)O4 со слоистой структурой [3]. Купраты R2CuO4, R – редкоземельный катион, содержащие в своей структуре перовскитные блоки, а также блоки со структурой каменной соли (R=La) и флюорита (R=Nd, Pr, Sm,) представляют интерес в качестве катодных материалов среднетемпературных ТОТЭ благодаря низким КТР (~12 ppm K-1) и значимой электропроводности (>100 S/cm в случае Pr2CuO4). Обсуждается корреляция между присутствием определенных структурных блоков в слоистых купратах, их кислород- ионной и электронной проводимостью, а также КТР.