ТЕРМИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ И КИСЛОРОДНАЯ НЕСТЕХИОМЕТРИЯ НИКЕЛАТОВ La2-xSrxNiO4-δ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ КАТОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ TОТЭ

Abstract

La2-xSrxNiO4-δ (x = 1.0–1.6) nickelates were evaluated as potential cathode materials for solid oxide fuel cells, with focus on the structural stability, oxygen nonstoichiometry and electrical conductivity under oxidizing conditions. All studied ceramic materials were found to preserve K2NiF4-type tetragonal structure under oxidizing conditions at 25–900  °С.La2-xSrxNiO4-δ (x = 1.0–1.6) nickelates demonstrate oxygen deficiency at temperatures above 500 °С, with oxygen nonstoichiometry increasing with temperature and strontium content. The electrical conductivity is p-type and show metallic-like behavior under oxidizing conditions at 500–1000 °С. The highest conductivity values, 220 S/cm at 900 °С and 440  S/cm at 600 °С in air, are measured for La0,8Sr1,2NiO4-δ ceramics. While the high-temperature XRD studies revealed strongly anisotropic thermal expansion of La2-xSrxNiO4-δ crystal lattice, the lattice volume show nearly linear dependence on temperature, with average linear thermal expansion coefficients varying in the range (14.2–15.6) · 10-6 K-1.Оксиды системы La2-xSrxNiO4-δ (x = 1,0–1,6) были исследованы в качестве  потенциальных катодных материалов для твердооксидных топливных элементов. Были изучены структурная стабильность, кислородная нестехиометрия и электрическая  проводимость. Установлено, что все оксиды сохраняют кристаллическую структуру типа K2NiF4 в окислительных условиях в температурной области 25–900 °С. Оксиды данной системы являются дефицитными по кислороду при температурах выше 500 °С, и  кислородная нестехиометрия повышается с ростом температуры и увеличением содержания стронция. Исследованные никелаты обладают псевдометаллической электропроводностью p-типа в окислительных условиях при температурах 500–1000 °С. Наибольшая электрическая проводимость характерна для La0,8Sr1,2NiO4-δ (220 См/см при 900 °С и 440 См/см при 600 °С). Методом высокотемпературной рентгеновской дифракции установлено, что никелаты La2-xSrxNiO4-δ проявляют анизотропное термическое расширение кристаллической решетки, однако объемное термическое расширение носит практически линейную зависимость от температуры; значения линейных коэффициентов термического расширения составляют (14,2–15,6) · 10-6 K-1