В одном из самых рейтинговых химических журналов инженерного направления, Chemical Engineering Journal, опубликован обзор сотрудников лаборатории электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151615. Этот обзор с вопросительным названием “Why do BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3–δ-derived complex oxides
become one of the most promising electrodes for protonic ceramic electrochemical cells? An explanatory review” посвящен анализу перспектив применения бариевых производных BaCo0.4Fe0.4Zr0.2O3–δ (BCFZ), BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3–δ (BCFZY) в качестве кислородных электродов для электрохимических ячеек на основе протонпроводящих электролитов.
Работа над обзором была выполнена молодежным коллективом лаборатории, который включает 1 доктора химических наук, 1 кандидата химических наук, 7 аспирантов или соискателей и 1 студента. Таким образом, в этом обзоре нашли отражения исследовательские тематики всех соавторов.
– Кобальтиты-ферриты являются одними из наиболее перспективных электродов для высокотемпературных твердооксидных устройств. – Говорит аспирант Мария Гордеева. – Например, La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ (обозначается как LSCF) или Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ (BSCF) широко применяют в ТОТЭ и ТОЭ, как в лабораторном, так и коммерческом масштабе. Однако их использование с протонпроводящими электролитами на основе церато-цирконатов затруднено в силу формирования низкопроводящих стронциевых фаз на границе раздела электрод/электролит.
– Поэтому для обеспечения химической совместимости лучше формировать электрод, который бы по химическому составу был близок с протонными электролитами. – Продолжает соавтор аспирант Лиана Тарутина. – В этом смысле, BaCo0.4Fe0.4Zr0.2O3–δ или BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3–δ могут рассматриваться как производные от протонных электролитов, например, BaZrO3, в котором проведено глубокое замещение циркония на переходные 3d-элементы. В этом направлении подготавливается моя кандидатская диссертация.
– Путем сопоставления различных функциональных свойств BCFZ и BCFZY с другими электродными материалами было показано, что первые имеют достаточно низкую общую проводимость и повышенные значения термических коэффициентов линейного расширения. Но электрохимические свойства электродов на основе BCFZ и BCFZY очень высоки из-за хороших параметров поверхностного и объемного кислород-ионного переноса. Соответственно, ТОТЭ и ТОЭ на их основе демонстрируют высокие электрохимические характеристики. – Добавляет Николай Данилов, который вскоре выходит на защиту своей кандидатской диссертации (https://ihte.ru/?page_id=21372).
– Интересно также и то, что рассматриваемые фазы могут гидратироваться, демонстрируя таким образом протонный перенос наряду с кислород-ионным и электронным. Это позволяет относить BCFZ и BCFZY к числу перспективных систем с тройной проводимостью, к которым можно отнести и мои объекты исследования – никелиты. – Говорит еще один соавтор, аспирант Артем Тарутин.
– Вообще, идея написания данного обзора витала в воздухе давно, поскольку BCFZ и BCFZY очень активно изучают в течение последних нескольких лет. – Добавляет кандидат химических наук Инна Старостина. – Поэтому мы решили тщательно изучить литературу и представить наиболее полную картину по этому направлению на настоящее время. Например, данная работа имеет вспомогательные материалы, которые содержат 10 дополнительных таблиц и 5 рисунков. Эти данные вместе с основным материалом статьи являются отправной точкой при разработке таких или похожих кислородных электродов.
– Инна Анатольевна рассказала об идее написания работы. Но на самом деле эта идея была озвучена на постоянных лабораторных собраниях, которые проводит наше структурное подразделение. Я рад, что первоначальный замысел удался и реализовался в виде статьи, опубликованной в очень рейтинговом журнале с импакт-фактором 15.1. – Заключает заведующий лабораторией, доктор химических наук Дмитрий Медведев. – Хотя сейчас требования к зарубежным журналам сильно снизились, мы считаем, что свои идеи важно отражать именно в зарубежных изданиях, поскольку последние являются эффективным коммуницирующим мостиком между авторами и читателями. Надеюсь, данный обзор найдет отклик у других ученых, поскольку он – оригинальный, полный и весьма актуальный.
