Новости

• 24/09/2024: Новый обзор ‘Technological achievements in the fabrication of tubular-designed protonic ceramic electrochemical cells’ был опубликован в журнале Materials Futures, http://dx.doi.org/10.1088/2752-5724/ad7872, который в третий год своей жизни сразу же получил импакт-фактор 12.0. Эта работа описывает последние достижения в области разработки трубчатых ячеек на основе протонпроводящих оксидных электролитов, а также аттестации этих трубок для различных задач.

• 03/09/2024: Сотрудниками лаборатории опубликован новый обзор ‘Revisiting the ionic conductivity of solid oxide electrolytes: A technical review’ в журнале Journal of Materials Chemistry A, https://doi.org/10.1039/D4TA03852E. Причем впервые в формате perspective, в рамках которого в сжатой форме представляется точка зрения авторов по заявленной проблеме.
  В этой работы авторы критически подошли к термину ‘ионной проводимости’ твердооксидных электролитов и решили провести ревизию этого параметра, поскольку в литературе встречается достаточно много разночтений по поводу того, какие электролиты (и на сколько) более проводящие, чем другие.
  Для этого авторы сначала оценили диапазон изменения проводимостей электролитных материалов, принадлежащих одному семейству (например, YSZ, ScSZ, CeO₂ и т.д.), и обнаружили достаточно высокие различия, которые достигают 3–4 порядков величины для номинально близких составов и тех же температур сравнения. Очевидно, это происходит за счет влияния технологических факторов, которые определяют микроструктуру керамики (плотность, пористость, размер зерен) и ее чистоту (наличие макропримесей, качество границ зерен).
  Далее была проанализирована ионная проводимость тех же электролитов, но уже в составе топливных элементов и электролизеров. Извлечь эти данные не представляет труда, поскольку в бестоковом режиме обычно измеряют импеданс ячейки, а зная омическое сопротивление электролита и его толщину, можно рассчитать ионную проводимость. Оказалось, что ионная проводимость электролитов в режиме работы топливного элемента/электролизера оказывается намного ниже, чем ионная проводимость тех же электролитов, но в виде индивидуальной керамики. И эта разница оказывается настолько значительной, что в низкотемпературном диапазоне (ниже 600 °С) ионная (а именно, протонная) проводимость керамики на основе допированного BaZrO₃ считается наивысшей, но для тонкопленочных образцов эта проводимость принимает наименьшие значения по сравнению с другими представителями кислород-ионных и протонпроводящих электролитов. Причины таковых различий можно найти в настоящем обзоре.

• 21/06/2024: Поздравляем сотрудника лаборатории, Марию Гордееву, которая стала одной из 500 стипендиатов Президента РФ! Напомним, что конкурс на эту стипендию был очень большой и достигал примерного соотношения 1:10. 
• 19/06/2024: Сегодня была успешно защищена кандидатская диссертация сотрудником лаборатории, Николаем Даниловым, https://ihte.ru/?page_id=21372. Весь коллектив лаборатории поздравляет с этим достижением и желает ему дальнейших успехов!
• 10/05/2024: В Journal of Materials Chemistry A (IF = 11.9) опубликована новая статья ‘Fundamental and technological aspects of thermochemical expansion of proton-conducting oxides: a case study of BaSn_1–xSc_xO_3–δ‘, https://doi.org/10.1039/D4TA02402H. В этой работе детально исследованы особенности термической и химической деформации сложных оксидов, способных к обратимой диссоциативной адсорбции воды. Еще с школьных времен известно, что при нагревании большинство тел расширяется. Это верно и при нагреве большинства тел до 1000 °С. Но существуют такие материалы, которые при нагреве испытывают не только термическое расширение, но и химическое. В некоторые сложных оксидах химическое расширение при повышении температуры вызвано постепенным восстановлением катионов (например, Со⁴⁺ → Со³⁺), но существует еще один класс сложных оксидов, чья химическая деформация обусловлена их способностью гидратироваться/дегидратироваться. Как раз такие объекты и рассмотрены в настоящей работе. Эти объекты исследованы с применением двух подходов (высокотемпературного рентгенофазового анализа и дилатометрии), а полученные данные можно использовать либо в качестве технических характеристик при разработке многослойных ячеек на основе BaSn₁–xSc_xO_3–δ, либо в качестве фундаментальных для оценки величины протонной диффузии. 

• 05/05/2024: Еще одно исследование, связанное с BaSnO₃, принято в журнале Electrochemical Materials and Technologies (http://elmattech.ru), издаваемом ИХТЭ и УрФУ. В работе под названием ‘Co-doping effect on the microstructural and electrical properties of barium stannate materials’ сравниваются функциональные свойства со-допированных станнатов бария со свойствами моно-допированных материалов. Установлено, что тип легирующей добавки влияет на спекаемость материалов, когда с увеличением среднего ионного радиуса в Sn-положении образуется более крупнокристаллическая керамика. Введение катионов Y³⁺ снижает как ионную, так и дырочную проводимость по сравнению с материалами BaSn_0.7In_0.3O_3−δ и BaSn_0.7Sc_0.3O_3−δ. Однако одновременное легирование катионами In³⁺/Sc³⁺ минимизирует вклад дырочной проводимости по сравнению с аналогичным вкладом станната бария, допированного скандием, с той же концентрацией акцепторной примеси.

• 05/05/2024: Новое исследование, связанное с материалами на основе станната бария (‘Transport properties of highly dense proton-conducting BaSn_1−xIn_xO_3−δ ceramics’) принято к публикации в International Journal of Hydrogen Energy (IF = 7.2), http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.05.012. В данной работе представлена полезная информация о структурных, микроструктурных и электрохимических свойствах керамических материалов BaSn_1−xIn_xO_3−δ. Хотя эти материалы обладают многими общими свойствами с исследованными нами системами BaSn_1−xY_xO_3−δ и BaSn_1−xSc_xO_3−δ, были выявлены и некоторые особенности. Например, In-содержащие BaSnO₃ обладают смешанной ионно-электронной проводимостью с преобладанием электронной проводимости n-типа в восстановительной атмосфере или электронной проводимости p-типа в окислительной атмосфере. Эти тенденции сохранялись даже для сильно допированных соединений. В этой работе можно найти и другие интересные особенности.

• 24/04/2024: Chemical Engineering Journal (IF = 15.1) опубликовал новый важный обзор под названием ‘Why do BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3–δ-derived complex oxides become one of the most promising electrodes for protonic ceramic electrochemical cells? An explanatory review’, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151615.. В обзоре раскрыты функциональные свойства и электрохимические характеристики исходных и допированных материалов BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3–δ как перспективных ORR- и OER-электродов для ТОТЭ и ТОЭ. Эти материалы обладают уникальными преимуществами перед широко изучаемыми материалами, такими как La_1–xSr_xCo_1–yFe_yO_3–δ (известные как LSCF), Ba_1–xSr_xCo_1–yFe_yO_3–δ (BSCF), PrBa_1.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_6–δ (PBSCF) и Ln₂NiO_4+δ (LNO). В настоящем обзоре обсуждается, почему BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3–δ и его допированные композиции привлекают повышенное внимание ученых.

• 08/03/2024: Journal of the European Ceramic Society (IF = 5.7) опубликовал новую работу, посвященную разработке ферритных электродов с двойной перовскитной структурой для применения ТОТЭ. В статье ‘PrBaFe₂O_6–δ-based composites as promising electrode materials for protonic ceramic electrochemical cells’ (https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2024.03.052) PrBaFe₂O_6–δ был использован в качестве основы для двух подходов химической модификации, включающие допирование кобальтом, никелем и медью, а также создание композитов с добавлением фазы BaCe_0.8Sm_0.2O_3–δ. Успешно получены и охарактеризованы функциональные свойства однофазных и композиционных материалов. Было обнаружено, что эти два подхода синергетически влияют на функциональные свойства PrBaFe₂O_6–δ, позволяя достичь компромисса между термомеханическими и транспортными свойствами. В результате полученные композиты 70 мас.% PrBaFe_1.9M_0.1O_6–δ (M = Co, Ni, Cu) + 30 мас.% BaCe_0.8Sm_0.2O_3–δ проявляют приемлемую электрохимическую активность в промежуточном интервале тем

• 08/03/2024: Новая статья опубликована в журнале Ceramics International (IF = 5.2), https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.03.112. В работе ‘Tailoring the defect structure and functional properties of Pr₂NiO_4+δ via partial Pr-substitution with lanthanum and neodymium’ сообщается об улучшении функциональных свойств Pr₂NiO_4+δ за счет замены катионов Pr на изовалентные ионы La- и Nd. На основании полученных экспериментальных данных идентифицированы два оптимизированных состава (Pr_1.5La_0.5NiO_4+δ и PrLa_0.5Nd_0.5NiO_4+δ) для их дальнейшего применения в электрохимических ячейках. Важно отметить, что данное исследование проводилось в рамках конкурса молодых учёных «Научная высота-2023», который проводился в ИВТЕ в прошлом году.

• 08/03/2024: Journal of Energy Chemistty (IF = 13.1) опубликовал новую обзорную статью под названием ‘Current and further trajectories in designing functional materials for solid oxide electrochemical cells: A review of other reviews’ (https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.02.047). Данный обзор является одной из наиболее полных работ в области твердооксидных материалов и электрохимических элементов на их основе. Обзор литературы показывает, что в этой области наблюдается значительный уровень исследовательской активности: с 2020 года было опубликовано более 8000 публикаций. Ручной анализ такого большого объема материала является сложной задачей. Однако, изучая обзорные статьи, можно выявить ключевые закономерности, недавние достижения, перспективы и остающиеся препятствия. Для проведения такого анализа в настоящей статье впервые приводится исчерпывающая сводка предыдущих обзорных публикаций (453 наименования), вышедших с 2020 г.

• 19/02/2024: Новая статья ‘Ba-doped Pr₂NiO_4+δ electrodes for proton-conducting electrochemical cells. Part 3: Electrochemical applications’ опубликована в International Journal of Hydrogen Energy (IF = 7.2), https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.02.173. Это последняя часть наших исследований, посвященных Ba-содержащим никелитам. Слоистые никелиты Ln₂NiO_4+δ являются перспективными электродными материалами для многих электрохимических применений, включая твердооксидные топливные элементы и электролизеры. Хотя Ln₂NiO_4+δ подвергались обширной модификации с помощью различных стратегий допирования для настройки их функциональных свойств, частичное замещение Ln³⁺ на Ba²⁺ является одним из наименее изученных путей. В то же время такое замещение оказывается выгодным при использовании материалов Ln₂NiO_4+δ для протонных керамических электрохимических ячеек на основе Ba-содержащих протонпроводящих электролитов (т.е. BaCeO₃, BaZrO₃, Ba(Ce,Zr)O₃). В данной работе, являющейся третьей частью систематического исследования, материалы Pr_2–xBa_xNiO_4+δ используются в качестве электродов протонного керамического топливного элемента и кислородпроницаемых мембран.
  

• 05/02/2024: Журнал Advanced Functional Materials (IF = 19.0) принял нашу статью “Insight into grain and grain-boundary transport of proton-conducting ceramics: A case report of BaSn_0.8Y_0.2O_3−δ” (https://doi.org/10.1002/adfm.202307316) подготовленную совместно с Д. Осинкиным как заведующим лабораторией кинетики нашего института, а также с коллегами из Гонконгского университета науки и технологий и HKUST Шэньчжэнь-Гонконгского совместного института инновационных исследований. Данная работа посвящена детальному исследованию объемного и зернограничного транспорта в протонных проводниках (на примере BaSn_0.8Y_0.2O_3−δ) с одновременным определением ионной и электронной составляющих проводимости. С помощью уникальной установки впервые получены основные закономерности объемной и зернограничной проводимости исследуемого объекта в широком диапазоне температур, парциального давления кислорода и парциального давления водяного пара. Детальный анализ спектров импеданса методом распределения по времени релаксации (EIS+DRT) выявил наличие двух типов границ зерен: «чистых» зерен с высокой ионной (протонной) проводимостью и низкопроводящих зерен, покрытых оксидом меди (использовали в качестве спекающей добавки для получения керамики высокой плотности). Эти результаты важны с точки зрения создания функциональной керамики с контролируемым уровнем ионной проводимости для ее дальнейшего применения в протонных керамических электрохимических устройствах.

• 19/01/2024: В Chemical Engineering Journal (IF = 15.1) опубликована новая работа ‘Theoretical and experimental explored tailored hybrid H⁺/O^2– ions conduction: Bridged for high performance fuel cell and water electrolysis’ (https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148750). В данной статье рассматривается мультилегированный церат-цирконатный материал как перспективная основа для создания высокопроводящих протонпроводящих электролитов.

• 01/01/2024: International Journal of Hydrogen Energy (IF = 7.2) опубликовал обзорную статью под названием ‘Fluorine-insertion in solid oxide materials for improving their ionic transport and stability. A brief review’ (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.08.074). В обзоре освещены последние достижения в создании фторсодержащих твердооксидных материалов, которые могут быть использованы в качестве электролитов или электродов в твердооксидных топливных элементах. Обычно адаптация функциональных свойств таких соединений осуществляется за счет стратегии допирования катионного типа, когда осуществляется частичное замещение основных катионов примесными ионами. Обычно такое допирование улучшает одни свойства, но ухудшает другие из-за значительных изменений катионного каркаса кристалла. Легирование анионного типа — это альтернативный способ оставить катионные центры неизмененными, который может подойти для достижения компромисса между множеством свойств. В этом кратком обзоре мы суммируем существующие данные, посвященные легированию F (или внедрению F) твердооксидных электролитов и электродных материалов. В большинстве случаев легирование фтором улучшает химическую стабильность соединений и их ионно-транспортные свойства. Кратко обсуждаются возможные причины, ответственные за это улучшение. Помимо выделения этих преимуществ, также перечислены возможные недостатки, чтобы стимулировать дальнейшую исследовательскую деятельность по этой проблеме.

Архив новостей

Новости о деятельности лаборатории в региональных и федеральных СМИ