La3TaO7 derivatives with Weberite structure type: Possible electrolytes for solid oxide fuel cells and high temperature electrolysers

In this study, with the aim to enhance the ionic conduction of known structures by defect chemistry, the La2O3-Ta2O5 system was considered with a focus on the La3TaO7 phase whose structure is of Weberite type. In order to predict possible preferential substitution sites and substitution elements, atomistic simulation was used as a first approach. A solid solution La3−xSrxTaO7−x/2 was confirmed by X-ray diffraction and Raman spectroscopy; it extends for a substitution ratio up to x = 0.15. Whereas La3TaO7 is a poor oxide ion conductor (σ700 °C = 2 × 10−5S.cm−1), at 700 °C, its ionic conductivity is increased by more than one order of magnitude when 3.3% molar strontium is introduced in the structure (σ700 °C = 2 × 10−4S.cm−1).

RésuméDans le but d’améliorer les propriétés de conduction ionique de structures connues en y introduisant des défauts, le système La2O3-Ta2O5 a été considéré. Cette étude s’est portée plus particulièrement sur la phase La3TaO7, de structure de type Weberite. Dans une première approche, les sites de substitution et les éléments substituants les plus favorables ont été déterminés par simulation atomique. L’existence d’une solution solide La3−xSrxTaO7−x/2 a ensuite été confirmée par diffraction des rayons X et spectroscopie Raman ; elle s’étend jusqu’au taux de substitution x = 0,15. Alors que La3TaO7 est un mauvais conducteur par ions oxyde (σ700 °C = 2 × 10−5S.cm−1), à 700 °C, la conductivité ionique est améliorée d’un ordre de grandeur lorsque 3,3 % molaire de strontium sont introduits dans la structure (σ700 °C = 2 × 10−4S.cm−1).