PECULIARITIES OF IONIC TRANSPORT OF OXYGEN VACANCY CONDUCTING SUPERIONIC CERAMICS
A. Kežionis^a, T. Šalkus^a, A. Petraitis^a, J. Dudonis^b, G. Laukaitis^b, D. Milčius^c, V. Kazlauskienė^d, J. Miškinis^d, and A.F. Orliukas^a
aFaculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: tomas.salkus@ff.vu.lt
^bKaunas University of Technology, Studentų 50, LT-51368 Kaunas, Lithuania
^cLithuanian Energy Institute, Breslaujos 3, LT-44403 Kaunas, Lithuania
^dInstitute of Materials Science and Applied Research, Vilnius University, Naugarduko 24, LT-03225 Vilnius, Lithuania

Received 10 June 2009; revised 8 September 2009; accepted 15 September 2009

The powder of Zr_0.92Y_0.08O₂ (YSZ), Ce_0.9Gd_0.1O_2–δ (GDC) and Sm_0.15Ce_0.85O_2–δ (SDC) compounds from the company Fuel Cell Materials were used for sintering of ceramic samples in air at temperature T = 1673 K. The surface of the prepared ceramics was studied by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Results of the performed XPS investigations revealed that cerium exists as Ce³⁺ and Ce⁴⁺ in both the Ce_0.9Gd_0.1O_2–δ and Sm_0.15Ce_0.85O_2–δ ceramics. XPS spectra of O 1s of all the investigated materials demonstrated two peaks corresponding to oxygen O(1) in crystal lattice and to adsorbed oxygen O(2). Measurements of complex impedance, electric conductivity, dielectric permittivity, and tan δ of dielectric losses were carried out in frequency range 10⁶––1.2⋅10⁹ Hz at temperatures ranging from 300 K to 700 K. Relaxation dispersion of the electric parameters has been found for all the compounds. The dispersion is caused by the oxygen vacancy (V_O^**) transport in grains of the ceramic samples.

Keywords: YSZ, GDC, SDC ceramics, solid oxide fuel cells, ionic conductivity

DEGUONIES VAKANSIJŲ PERNAŠOS YPATUMAI SUPERJONINĖSE KERAMIKOSE
A. Kežionis^a, T. Šalkus^a, A. Petraitis^a, J. Dudonis^b, G. Laukaitis^b, D. Milčius^c, V. Kazlauskienė^d, J. Miškinis^d, A.F. Orliukas^a
aVilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva
^bVienos technologijos universiteto Fotonikos institutas, Viena, Austrija
^cUAB „Šviesos konversija“, Vilnius, Lietuva
^d Fastlite, Palaiseau, Prancūzija

Pagamintos Zr_0,92Y_0,08O₂ (YSZ), Ce_0,9Gd_0,1O_2–δ (GDC) ir Sm_0,15Ce_0,85O_2–δ (SDC) junginių keramikos. Keramikų gamybai naudoti firmos „Fuel Cell Materials“ milteliai. Visų junginių keramikos buvo kepinamos 1 h T = 1773 K temperatūroje. Keramikų paviršiai tirti skenuojančiu elektroniniu mikroskopu (SEM) bei Rentgeno spindulių fotoelektroninės spektroskopijos (XPS) metodu. XPS tyrimų rezultatai įgalino patikslinti matuotų junginių elementinę sudėtį. Parodyta, kad SDC bei GDC junginiuose be trivalenčių Ce³⁺ jonų aptinkami ir keturvalenčiai Ce⁴⁺ katijonai. Kompleksinis keramikų laidis, kompleksinė varža, dielektrinė skvarba ir tan δ ištirti 10⁶––1,2⋅10⁹ Hz dažnių ruože ir 300–700 K temperatūrų intervale. Visuose junginiuose aptikta relaksacinė elektrinių parametrų dispersija. Ši dispersija atsiranda dėl deguonies vakansijų (V_O^**) pernašos kietųjų elektrolitų keramikos kristalituose.