ИСТИНА

Низкая эффективность стандартного катодного материала твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) на основе (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 на примере кобальт- и медь-содержащих перовскитоподобных оксидов рассмотрено влияние кристаллической структуры и химического состава на эти важные для катодного материала ТОТЭ свойства. Сложные оксиды кобальта со структурой перовскита удовлетворяют большинству приведенных выше требований. Их главный 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). Другими путем снижения КТР кобальт-содержащих перовскитов является частичное замещение Co3+ на катионы других переходных металлов. Этот путь создания новых кобальт-содержащих катодных материалов рассмотрен в докладе на примере перовскитоподобного кобальтита Sr3YCo4O10.5. Слоистые 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) [3]. В докладе обсуждается корреляция между присутствием определенных структурных блоков в слоистых купратах, их кислород-ионной и электронной проводимостью, а также КТР. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 14-03-01083), а также Сколковского института науки и технологий (Центр электрохимической энергетики).