Проект направлен на решение фундаментальной материаловедческой задачи, связанной с поиском и получением гомогенных составов многокомпонентных оксидных проводников с высоким уровнем электронной и кислород-ионной проводимости. Объектом исследования выбран имеющий структуру перовскита (ABO3) кобальтит-феррит лантана-стронция La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3-δ (LSCF), являющийся часто используемым катодным материалом для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), работающих в высокотемпературном диапазоне. Однако, следует отметить, что использование высоких рабочих температур (800-1000 °С) приводит к быстрой деградации мощностных характеристик ТОТЭ, что обусловлено, в основном, химическим взаимодействием между оксидными материалами конструкционных частей ТОТЭ. В целях повышения эффективности работы ТОТЭ необходимо разрабатывать действенные алгоритмы понижения рабочих температур, так как снижение рабочих температур ТОТЭ приводит к резкому росту поляризационных потерь на трехфазной границе, основной вклад в которые вносит катодный материал La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3-δ в силу падения ионной составляющей проводимости при понижении температуры. Решением данной проблемы может стать двойное допирование La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3-δ по B-позиции. Двойное замещение по B-позиции одновременно марганцем и никелем (или медью) с образованием сложнооксидных (или так называемых среднеэнтропийных оксидов) фаз La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMny(Ni/Cu)zO3 приведет к тому, что полученные сложные оксиды будут отличаться высокой степенью разупорядоченности по кислородной подрешетке и низкой энергией активации проводимости в низкотемпературном интервале, что является одним из основных требований, предъявляемым к материалам для создания воздушных электродов твердооксидных топливных элементов, работающих в низком и среднем температурных интервалах. При подобном мультидопировании возникает проблема получения гомогенных составов для исследований, так как достаточно сложно предсказать концентрационные лимиты по содержанию 4х металлов в В-позиции (x, y, z), при которых будут получены однофазные образцы La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMny(Ni/Cu)zO3. В настоящей работе планируется провести синтез сложнооксидных фаз La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyNizO3 и La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyCuzO3, установить границы гомогенности твердых растворов La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyNizO3 и La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyCuzO3 в широком интервале концентраций x, y, z и при помощи полученных экспериментальных данных по границам гомогенности и путем 3D- моделирования фазовых равновесий впервые построить на воздухе при 25 °С 3D- фазовые диаграммы четырехкомпонентных систем La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4NiO3' и La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4CuO3'. На основании построенных 3D-диаграмм четырехкомпонентных систем La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4NiO3' и La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4CuO3' определить границы фазовых полей гомогенных составов La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyNizO3 и La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyCuzO3 и рекомендовать их к дальнейшим исследованиям ученым всего мира, заинтересованных в дизайне новых сложнооксидных материалов для катодов среднетемпературных твердооксидных топливных элементов.
Ожидаемые результаты:
Результаты проекта позволят получить фундаментальную информацию о фазовых равновесиях в системах La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4NiO3' и La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4CuO3' и на основании построенных 3D-диаграмм четырехкомпонентных систем La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4NiO3' и La0.6Sr0.4FeO3 - La0.6Sr0.4CoO3 - La0.6Sr0.4MnO3 - 'La0.6Sr0.4CuO3' позволят определить области существования гомогенных составов La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyNizO3 и La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyCuzO3. Кристаллическая структура однофазных составов La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyNizO3 и La0.6Sr0.4Fe1-x-y-zCoxMnyCuzO3 будет уточнена при помощи нейтронографического анализа