Electrical Transport and Thermal Properties of NdBa1 – xMgxFeCo0.5Cu0.5O5 + δ (0.00 ≤ x ≤ 0.40) Solid Solutions

E. A. Chizhova; Чижова Е. А.; A. I. Klyndyuk; Клындюк А. И.; Ya. Yu. Zhuravleva; Журавлева Я. Ю.; S. V. Shevchenko; Шевченко С. В.

doi:10.31857/S0132665122600200

Электротранспортные и термические свойства твердых растворов NdBa_{1 –} _xMg_xFeCo_0.5Cu_0.5O_{5 + δ} (0.00 ≤ x ≤ 0.40)

Авторы: Чижова Е.А.¹, Клындюк А.И.¹, Журавлева Я.Ю.¹, Шевченко С.В.¹
Учреждения:
1. Белорусский государственный технологический университет
Выпуск: Том 49, № 1 (2023)
Страницы: 71-79
Раздел: Статьи
URL: https://cardiosomatics.ru/0132-6651/article/view/663226
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665122600200
EDN: https://elibrary.ru/CFQJKM
ID: 663226

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Керамическим методом синтезированы двойные перовскиты NdBa_1 ‒ xMg_xFe Co_0.5Cu_0.5O_{5 + δ} (0.00 ≤ x ≤ 0.40), исследованы их структура, кислородная нестехиометрия (δ), термические и электротранспортные свойства. Соединения NdBa_{1 –} _xMg_xFeCo_0.5Cu_0.5O_{5 + δ} имеют тетрагональную структуру (пр. гр. симм. P4/mmm) и являются полупроводниками p-типа, характер электропроводности которых при повышенных температурах изменяется на металлоподобный ввиду выделения из образцов кислорода. Частичное замещение бария магнием в NdBaFeCo_0.5Cu_0.5O_5 + δ приводит к уменьшению содержания кислорода в образующихся при этом твердых растворах, возрастанию размеров их элементарной ячейки и коэффициента термо-ЭДС, уменьшению термической стабильности, коэффициента линейного теплового расширения и электропроводности. Рассчитаны значения энергетики электропереноса, взвешенной подвижности и концентрации носителей заряда в изученных материалах.

Ключевые слова

слоистые перовскиты, термическая стабильность, тепловое расширение, электропроводность, термо-ЭДС

Список литературы

Afroze S., Karim A.H., Cheok Q., Eriksson S., Azad A.K. Latest development of double perovskite electrode materials for solid oxide fuel cells: a review // Front. Energy. 2019. V. 13. V. 770–797.
Tsvetkov D.S., Ivanov I.L., Malyshkin D.A., Sednev A.L., Sereda V.V., Zuev A.Yu. Double perovskites REBaCo2 – xMxO6 – δ (RE = La, Pr, Nd, Eu, Gd, Y; M = Fe, Mn) as energy-related materials: an overview // Pure Appl. Chem. 2019. V. 19. № 6. P. 923–940.
Kaur P., Singh K. Review of perovskite-structure related cathode materials for solid oxide fuel cells // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 5521–5535.
Истомин С.Я., Лысков Н.В., Мазо Г.Н., Антипов Е.В. Электродные материалы на основе сложных оксидов d-металлов для симметричных твердооксидных топливных элементов // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 6. С. 644–676. [Istomin S.Ya., Lyskov N.V., Mazo G.N., Antipov E.V. Electrode materials based on complex d-metal oxides for symmetrical solid oxide fuel cells // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. P. 644–676.]
Klyndyuk A.I., Chizhova E.A., Kharytonau D.S., Medvedev D.A. Layered Oxygen-Deficient Double Perovskites as Promising Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells // Materials. 2022. V. 15. № 1. P. 141.
Klyndyuk A. Layered Perovskite-Like Oxides 0112 Type: Structure, Properties and Possible Applications. Advances in Chemistry Research. V. 5 / Ed. J.C. Taylor. N.Y.: Nova Science Publishers, 2010. P. 59–105.
Kim J.-H., Manthiram A. Layered LnBaCo2O5 + δ oxides as cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cell // J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. № 4. P. B385–B390.
Kim J.-H., Manthiram A. Layered LnBaCo2O5+δ perovskite cathodes for solid oxide fuel cells: an overview and perspective // J. Mater. Chem. 2015. V. 3. P. 24195–24210.
Lin Y., Jin F., Yang X., Nik B., Li Y., He T. YBaCo2O5 + δ-based double perovskite cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells with simultaneously improved structural stability and thermal expansion properties // Electrochim. Acta. 2019. V. 297. P. 344–354.
Kharton V., Marques F., Atkinson A. Transport properties of solid oxide electrolyte ceramics: a brief review // Solid State Ionics. 2004. V. 174. P. 135–149.
Xue J., Shen Y., He T. Performance of double-perovskite YBa0.5Sr0.5Co2O5 + δ as cathode material for intermediate-temperature solid oxide fuel cells // Int. J. Hydrog. Energy. 2011. V. 36. P. 6894–6898.
Cherepanov V.A., Aksenova T.V., Gavrilova L.Y., Mikhaleva K.N. Structure, nonstoichiometry and thermal expansion of NdBa(Co,Fe)2O5 + δ layered perovskites // Solid State Ionics. 2011. V. 188. P. 53–57.
Zhang S.-L., Chen K., Zhang A.-P., Li C.-X., Li C.-Y. Effect of Fe doping on the performance of suspension plasma-sprayed PrBa0.5Sr0.5Co2 – xFexO5 + δ cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells // Ceram. Int. 2017. V. 43. P. 11648–11655.
Jin F., Li Y., Wang Y., Chu X., Xu M., Zhai Y., Zhang Y., Fang W., Zou P., He T. Evaluation of Fe and Mn co-doped layered perovskite PrBaCo2/3Fe2/3Mn2/3O5 + δ as a novel cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 22489–22496.
Cordaro G., Donazzi A., Pelosato R., Mastropasqua L., Cristiani C., Sora I.N., Dotelli G. Structural and Electrochemical Characterization of NdBa1 – xCo2 – yFeyO5 + δ as cathode for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells // J. Electrochem. Soc. 2020. V. 167. P. 024502.
Klyndyuk A.I., Mosiałek M., Kharitonov D.S., Chizhova E.A., Zimovska M., Socha R., Komenda A. Structural and electrochemical characterization of YBa(Fe,Co,Cu)O5 + δ layered perovskites as cathode materials for solid oxide fuel cells // Int. J. Hydrog. Ehergy. 2021. V. 46. № 32. P. 16977–16988.
Yao C., Yang J., Zhang H., Chen S., Lang X., Meng J., Cai K. Evaluation of A-site deficient PrBa0.5 ‒ xSr0.5Co2O5 + δ layered (x = 0, 0.04, and 0.08) as cathode materials for solid oxide fuel cells // J. Alloys Compd. 2021. V. 883. P. 160759.
Yang Q., Tian D., Liu R., Wu H., Chan nY., Ding Y., Lu X., Lin B. Exploiting rare-earth-abundant layered perovskite cathodes of LnBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5 + δ (Ln = La and Nd) for SOFC // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. № 7. P. 5630–5642.
Klyndyuk A.I., Zhuravleva Ya.Yu., Gundilovich N.N. Crystal structure, thermal and electrotransport properties of NdBa1 – xSrxFeCo0.5Cu0.5O5 + δ (0.02 ≤ x ≤ 0.20) solid solutions // Chimica Techno Acta. 2021. V. 8. № 3. P. 20218301.
Клындюк А.И., Чижова Е.А. Кристаллическая структура, тепловое расширение и электропроводность слоистых оксидов LnBa(Fe,Co,Cu)2O5 + δ (Ln = Nd, Sm, Gd) // Физ. хим. стекла. 2014. Т. 40. № 1. С. 158–163. [Klyndyuk A.I., Chizhova E.A. Crystal Structure, Thermal Expansion, and Electrical Properties of Layered LnBa(Fe,Co,Cu)2O5 + δ Oxides // Glass. Phys. Chem. 2014. V. 40. № 1. P. 124–128.]
Urusova A.S., Cherepanov V.A., Aksenova T.V., Gavrilova L.Y., Kiselev E.A. Phase equilibria, crystal structure and oxygen content of intermediate phases in the Y–Ba–Co–O system // J. Solid State Chem. 2013. V. 202. P. 207–214.
Клындюк А.И., Чижова Е.А. Структура, тепловое расширение и электрические свойства твердых растворов системы BiFeO3–NdMnO3 // Неорган. матер. 2015. Т. 51. № 3. С. 322–327. [Klyndyuk A.I., Chizhova E.A. Structure, Thermal Expansion, and Electrical Properties of BiFeO3–NdMnO3 Solid Solutions // Inorg. Mater. 2015. V. 51. № 3. P. 272–277.]
Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalogenides // Acta Cryst. 1976. V. 32. P. 751–767.
Atanassova Y.K., Popov V.N., Bogachev G.G., Iliev M.N., Mitros C., Psycharis V., Pissas M. Raman- and infrared active phonons in YBaCuFeO5: experimental and lattice dynamics // Phys Rev B. 1993. V. 47. P. 15201–15207.
Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982. 368 с. [Mott N., Davis E. Electronic processes in Non-Crystalline Materials. Oxford University Press, Oxford, 1979].
Snyder G.J., Snyder A.H., Wood M., Gurunatham R., Snyder B.H., Niu C. Weighted Mobility // Adv. Mater. 2020. V. 35. P. 2001537.