Влияние оксида бора на ионную проводимость керамики Li1.2Al0.2Zr0.1Ti1.7 (PO4)3 со структурой NASICON

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние 1–4 мас. % оксида бора, который считается хорошей спекающей добавкой, на морфологию и ионную проводимость Li1.2Al0.2Zr0.1Ti1.7(PO4)3 со структурой NASICON. Полученные материалы исследованы методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, КР-, ИК- и импедансной спектроскопии, MAS ЯМР на ядрах 27Al, 7Li, 31P и 11B. Показано, что введение B2O3 на стадии синтеза Li1.2Al0.2Zr0.1Ti1.7(PO4)3 приводит к получению материалов, допированных ионами бора. Наибольшей проводимостью (2.9 × 10–4 См/см) при 25°С характеризуется образец, содержащий 2% оксида бора. В то же время добавление B2O3 к уже готовому фосфату, когда оксид бора локализуется преимущественно на границах раздела, приводит к выделению примеси LiTiPO5 и не оказывает значимого влияния на проводимость полученных образцов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Б. Пыркова

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: stenina@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

И. А. Стенина

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: stenina@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

А. Б. Ярославцев

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: stenina@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

Список литературы

  1. Grey C.P., Hall D.S. // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 6279. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19991-4
  2. Sang J., Tang B., Pan K. et al. // Acc. Mater. Res. 2023. V. 4. P. 472. https://doi.org/10.1021/accountsmr.2c00229
  3. Janek J., Zeier W.G. // Nat. Energy. 2023. V. 8. P. 230. https://doi.org/10.1038/s41560-023-01208-9
  4. Zheng F., Kotobuki M., Song S. et al. // J. Power Sources. 2018. V. 389. P. 198. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.04.022
  5. Воропаева Д.Ю., Стенина И.А., Ярославцев А.Б. // Успехи химии. 2024. Т. 93. C. RCR5126. https://doi.org/10.59761/RCR5126
  6. Yu T., Yang X., Yang R. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 885. P. 161013. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161013
  7. Méry A., Rousselot S., Lepage D. et al. // Batteries. 2023. V. 9. P. 87. https://doi.org/10.3390/batteries9020087
  8. Stenina I., Novikova S., Voropaeva D., Yaroslavtsev A. // Batteries. 2023. V. 9. P. 407. https://doi.org/10.3390/batteries9080407
  9. Zhang Y., Zhan T., Sun Y. et al. // Chem. Sus. Chem. 2024. V. 17. P. e202301284. https://doi.org/10.1002/cssc.202301284
  10. Новикова С.А., Ярославцев А.Б. // Мембр. Технол. 2024. Т. 14. С. 288. https://doi.org/10.31857/S2218117224040047
  11. Arinicheva Y., Wolff M., Lobe S. et al. // Advanced Ceramics for Energy Conversion and Storage / Ed. Guillon O. Elsevier: Amsterdam, 2020. P. 549. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-102726-4.00010-7
  12. Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Pure Appl. Chem. 2017. V. 89. P. 1185. https://doi.org/10.1515/pac-2016-1204
  13. Kyono N., Bai F., Nemori H. et al. // Solid State Ionics. 2018. V. 324. P. 114. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.06.016
  14. Rai K., Kundu S. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 23695. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.06.143
  15. Saffirio S., Falco M., Appetecchi G.B. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. P. 1023. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.11.014
  16. Nuernberg R.B., Basbus J.F., Lux K.C. et al. // J. Phys. Chem. C. 2022. V. 126. P. 4584. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c09456
  17. Xu A., Wang R., Yao M. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 2082. https://doi.org/10.3390/nano12122082
  18. Cвитанько А.И., Новикова С.А., Стенина И.А. и др. // Неорган. материалы. 2014. Т. 50. С. 295. https://doi.org/10.7868/S0002337X14030142
  19. Zhang P., Matsui M., Takeda Y. et al. // Solid State Ionics. 2014. V. 263. P. 27. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2015.01.004
  20. Kothari D.H., Kanchan D.K. // Ionics. 2015. V. 21. P. 1253. https://doi.org/10.1007/s11581-014-1287-9
  21. Kahlaoui R., Arbi K., Sobrados I. et al. // Inorg. Chem. 2017. V. 56. P. 1216. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.6b02274
  22. Stenina I., Pyrkova A., Yaroslavtsev A. // Batteries. 2023. V. 9. P. 59. https://doi.org/10.3390/batteries9010059
  23. Грищенко Д.Н., Подгорбунский А.Б., Медков М.А. // Журн. неорган. химии. 2024. Т. 69. C. 155. https://doi.org/10.31857/S0044457X24020025
  24. Стенина И.А., Таранченко Е.О., Ильин А.Б. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 69. C. 1683. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601360
  25. Pershina S.V., Vovkotrub E.G., Antonov B.D. // Solid State Ionics. 2022. V. 383. P. 115990. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2022.115990
  26. Kim Y.-C., Jung K.-N., Lee J.-W., Park M.-S. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 23200. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.06.101
  27. Kang J., Guo X., Gu R. et al. // J. Alloys Compd. 2023. V. 941. P. 168857. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.168857
  28. Bai H., Hu J., Li X. et al. // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 6558. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.01.058
  29. Rumpel M., Appold L., Baber J. et al. // Mater. Adv. 2022. V. 3. P. 8157. https://doi.org/10.1039/D2MA00655C
  30. Zhu Y., Zhang Y., Lu L. // J. Power Sources. 2015. V. 290. P. 123. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.04.170
  31. Das A., Sahu S., Mohapatra M. et al. // Mater. Today Energy. 2022. V. 29. P. 101118. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2022.101118
  32. Jadhav H.S., Kalubarme R.S., Jang S.-Y. et al. // Dalton Trans. 2014. V. 43. P. 11723. https://doi.org/10.1039/C4DT01144A
  33. Peng H., Xie H., Goodenough J.B. // J. Power Sources. 2012. V. 197. P. 310. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.09.046
  34. Ślubowska W., Kwatek K., Jastrzębski C. et al. // Solid State Ionics. 2019. V. 335. P. 129. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.02.022
  35. Yan B., Kang L., Kotobuki M. et al. // J. Solid State Electrochem. 2021. V. 25. P. 527. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04829-2
  36. Clemenceau T., Raj R. // MRS Commun. 2022. V. 12. P. 201. https://doi.org/10.1557/s43579-022-00162-z
  37. Minkiewicz J., Jones G.M., Ghanizadeh S. et al. // Open Ceram. 2023. V. 16. P. 100497. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2023.100497
  38. Mariappan C.R., Gellert M., Yada C. et al. // Electrochem. Commun. 2012. V. 14. P. 25. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2011.10.022
  39. Jonderian A., McCalla E. // Mater. Adv. 2021. V. 2. P. 2846. https://doi.org/10.1039/D1MA00082A
  40. Kobayashi R., Nakano K., Nakayama M. // Acta Mater. 2022. V. 226. P. 117596. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117596
  41. Stenina I.A., Velikodnyi Y.A., Ketsko V.A. et al. // Inorg. Mater. 2004. V. 40. P. 967. https://doi.org/10.1023/B:INMA.0000041330.84296.2e
  42. Francisco B.E., Stoldt C.R., M’Peko J.-C. // Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 4741. https://doi.org/10.1021/cm5013872
  43. Barj M., Lucazeau G., Delmas C. // J. Solid State Chem. 1992. V. 100. P. 141. https://doi.org/10.1016/0022-4596(92)90164-q
  44. Arbi K., Bucheli W., Jiménez R., Sanz J. // J. Eur. Ceram. Soc. 2015. V. 35. P. 1477. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.11.023
  45. Kahlaoui R., Arbi K., Sobrados I. et al. // Inorg. Chem. 2024. V. 63. P. 7806. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.4c00289
  46. Qiu D., Guerry P., Ahmed I. et al. // Mater. Chem. Phys. 2008. V. 111. P. 455. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2008.04.045
  47. Duan J., Yu Y., Sun A. et al. // J. Power Sources. 2020. V. 449. P. 227574. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227574
  48. Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2000. V. 45. Suppl. 3. P. S249.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограммы материалов LAZTP-хB-syn (а) и LAZTP-хB-bm (б). Cодержание бора (мас. %): х = 0 (1), 1 (2), 2 (3), 4 (4). Звездочкой обозначены рефлексы LiTiРO5.

Скачать (60KB)
Метаданные
3. Рис. 2. КР-спектры материалов на основе Li1.2Al0.2Zr0.1Ti1.7(PO4)3: 1 – LAZTP-0В-syn, 2 – LAZTP-2В-syn, 3 – LAZTP-2В-bm.

Скачать (41KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фрагменты ИК-спектров LAZTP-хB-syn (а) и LAZTP-хB-bm (б). Cодержание бора (мас. %): х = 0 (1), 1 (2), 2 (3), 4 (4).

Скачать (83KB)
Метаданные
5. Рис. 4. MAS ЯМР-спектры на ядрах 27Al (а), 7Li (б), 31P (в) и 11B (г) LAZTP-4В-syn (1) и LAZTP-4В-bm (2).

Скачать (93KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Микрофотографии поверхности таблеток LAZTP-0B-syn (а), LAZTP-1B-syn (б), LAZTP-2B-syn (в), LAZTP-4B-syn (г), LAZTP-0B-bm (д) и LAZTP-4B-bm (е).

Скачать (1015KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости общей проводимости от температуры для материалов LAZTP-хB-syn (а) и LAZTP-хB-bm (б).

Скачать (84KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025