Сложные фосфаты со структурой Nasicon состава Li3-2xNbxCr2-x(PO4)3: синтез и ионная проводимость

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Одной из главных тенденций развития металл-ионных аккумуляторов является переход к литиевым анодам, безопасное использование которых невозможно без замены жидких мембран на твердые, в первую очередь неорганические. С помощью твердофазного синтеза получены фосфаты лития-ниобия-хрома с расчетными составами Li3−2xNbxCr2−x(PO4)3 (х = 0.95, 1.00, 1.05) и охарактеризованы методами рентгенофазового анализа и импедансной спектроскопии. Полученные сложные фосфаты лития-ниобия-хрома со структурой NASICON кристаллизуются в гексагональной модификации. Параметры кристаллической решетки синтезированных материалов уменьшаются с увеличением содержания хрома. Наибольшей ионной проводимостью и наименьшей энергией ее активации обладает материал состава Li1.1Nb0.95Cr1.05(PO4)3 (3.10–5 См/см при 25°С), что свидетельствует о большей подвижности ионов лития по междоузельному механизму даже в области собственной разупорядоченности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Новикова

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, Москва

А. Б. Ярославцев

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Sharma S.K., Sharma G., Gaur A., Arya A., Mirsafi F.S., Abolhassani R., Rubahn H.G., Yu J.S., Mishra Y.K. // Energy Advances. 2022. V.: P. 457–510. 10.1039/d2ya00043a.
  2. Zhang S., Ma J., Dong S., Cui G. // Electrochemical Energy Reviews. 2023. V. 6. P. 4. 10.1007/s41918-022-00143-9.
  3. Xu H., Su Y., Zheng C., Wang Y., Tong Y., Yang Z., Hu J. // Chin. Chem. Lett. 2024. V. 35. P. 10.1016/j.cclet.2023.109173.
  4. Stenina I., Novikova S., Voropaeva D., Yaroslavtsev A. // Batteries. 2023. V. 9. P. 407. 10.3390/batteries9080407.
  5. Anantharamulu N., Koteswara Rao K., Rambabu G., Vijaya Kumar B., Radha V., Vithal M. // Journal of Materials Science. 2011. V. 46. P. 2821–2837. 10.1007/s10853-011-5302-5.
  6. Luo C., Yi M., Cao Z., Hui W., Wang Y. // ACS Applied Electronic Materials. 2024. V. 6. P. 641–657. 10.1021/acsaelm.3c01747.
  7. Liu B., Gong Y., Fu K., Han X., Yao Y., Pastel G., Yang C., Xie H., Wachsman E.D., Hu L. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. P. 18809–18815. 10.1021/acsami.7b03887.
  8. Lu X., Tsai C.-L., Yu S., He H., Camara O., Tempel H., Liu Z., Windmüuller A., Alekseev E.V., Basak S., Lu L., Eichel R.-A., Kungl H. // Functional Materials Letters. 2022. V. 15. P. 10.1142/s179360472240001x.
  9. Meng N., Ye Y., Yang Z., Li H., Lian F. // Adv. Funct. Mater. 2023. V. 33. P. 10.1002/adfm.202305072.
  10. Zhang Z., Shao Y., Lotsch B., Hu Y.S., Li H., Janek J., Nazar L.F., Nan C.W., Maier J., Armand M., Chen L. // Energy and Environmental Science. 2018. V. 11. P. 1945–1976. 10.1039/c8ee01053f.
  11. DeWees R., Wang H. // ChemSusChem. 2019. V. 12. P. 3713–3725. 10.1002/cssc.201900725.
  12. Ouyang B., Wang J., He T., Bartel C.J., Huo H., Wang Y., Lacivita V., Kim H., Ceder G. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 5752. 10.1038/s41467-021-26006-3.
  13. Kuo P.H., Ley N.A., Young M.L., Du J. // Journal of Physical Chemistry C. 2023. V. 127. P. 17051–17062. 10.1021/acs.jpcc.3c02340.
  14. Arbi K., Hoelzel M., Kuhn A., García-Alvarado F., Sanz J. // Inorg. Chem. 2013. V. 52. P. 9290–9296. 10.1021/ic400577v.
  15. Пинус И.Ю., Стенина И.А., Ребров А.И., Журавлев Н.А., Ярославцев А.Б. // Журнал неорганической химии. 2009. Т. 54. № 8. С. 1240–1244. (англоязычная версия: Pinus I.Y., Stenina I.A., Rebrov A.I., Zhuravlev N.A., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2009. V. 54. P. 1177–1180. 10.1134/S0036023609080026).
  16. Kim S.H., Shim G.I., Choi S.Y. // J. Alloys Compd. 2017. V. 699. P. 662-671. 10.1016/j.jallcom.2016.12.427.
  17. Rao M.K., Babu K.V., Veeraiah V., Samatha K. // Journal of Asian Ceramic Societies. 2018. V. 6. P. 109–120. 10.1080/21870764.2018.1439784.
  18. Петьков В.И., Шипилов А.С., Фукина Д.Г., Стенина И.А., Ярославцев А.Б. // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 4. С. 249-255. 10.31857/S0424857021040071. (англоязычная версия: Pet’kov V.I., Shipilov A.S., Fukina D.G., Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. P. 388–394. 10.1134/S1023193521040078.
  19. Курзина Е.А., Стенина И.А., Dalvi A., Ярославцев А.Б. // Неорганические материалы. 2021. Т. 57. № 10. С. 1094–1101. 10.31857/S0002337X21100079. (англоязычная версия: Kurzina E.A., Stenina I.A., Dalvi A., Yaroslavtsev A.B. // Inorg. Mater. 2021. V. 57. P. 1035–1042. 10.1134/S0020168521100071).
  20. Xu A., Wang R., Yao M., Cao J., Li M., Yang C., Liu F., Ma J. // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 2082. 10.3390/nano12122082.
  21. Stenina I., Pyrkova A., Yaroslavtsev A. // Batteries. 2023. V. 9. P. 59 10.3390/batteries9010059.
  22. Свитанько А.И., Новикова С.А., Стенина И.А., Скопец В.А., Ярославцев А.Б. // Неорганические материалы. 2014. Т. 50. № 3. С. 295. 10.7868/S0002337X14030142 (англоязычная версия: Svitan’ko A.I., Novikova S.A., Stenina I.A., Skopets V.A., Yaroslavtsev A.B. // Inorg. Mater. 2014. V. 50. P. 273–279. 10.1134/S0020168514030145).
  23. Arbi K., Rojo J.M., Sanz J. // J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. P. 4215–4218. 10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.118.
  24. Куншина Г.Б., Шичалин О.О., Белов А.А., Папынов Е.К., Бочарова И.В., Щербина О.Б. // Электрохимия, 2023, T. 59, № 3, стр. 124–133. 10.31857/S0424857023030064 (англоязычная версия: Kunshina G.B., Shichalin O.O., Belov A.A., Papynov E.K., Bocharova I.V., Shcherbina O.B. // Russ. J. Electrochem. 2023. V. 59. P. 173–181. 10.1134/S1023193523030060).
  25. Xiao W., Wang J., Fan L., Zhang J., Li X. // Energy Stor. Mater. 2019. V. 19. P. 379–400. 10.1016/j.ensm.2018.10.012.
  26. Куншина Г.Б., Бочарова И.В., Локшин Э.П. // Неорганические материалы. 2016. Т. 52. № 3. С. 320–326. 10.7868/S0002337X16030088. (англоязычная версия: Kunshina G.B., Bocharova I.V., Lokshin E.P. // Inorg. Mater. 2016. V. 52. P. 279–284. 10.1134/S0020168516030080).
  27. Kang J., Guo X., Gu R., Tang Y., Hao H., Lan Y., Jin L., Wei X. // J. Alloys Compd. 2023. V. 941. P. 168857. 10.1016/j.jallcom.2023.168857.
  28. Fergus J.W. // J. Power Sources. 2010. V. 195. P. 4554–4569. 10.1016/j.jpowsour.2010.01.076.
  29. Smith S., Thompson T., Sakamoto J., Allen J.L., Baker D.R., Wolfenstine J. // Solid State Ionics. 2017. V. 300. P. 38–45. 10.1016/j.ssi.2016.11.032.
  30. Yao Z., Zhu K., Zhang J., Li X., Chen J., Wang J., Yan K., Liu J. // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2021. V. 32. P. 24834-24844. 10.1007/s10854-021-06943-x.
  31. Стенина И.А., Таранченко Е.О., Ильин А.Б., Ярославцев А.Б. // Журнал неорганической химии, 2023, T. 68, № 12, стр. 1683-1690. 10.31857/S0044457X23601360 (англоязычная версия: Stenina I.A., Taranchenko E.O., Ilin A.B., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. P. 1707–1713. 10.1134/S0036023623602313).
  32. Zhang Y., Liu H., Xie Z., Qu W., Freschi D.J., Liu J. // Adv. Funct. Mater. 2023. V. 33. P. 2300973. 10.1002/adfm.202300973.
  33. Loutati A., Guillon O., Tietz F., Fattakhova-Rohlfing D. // Open Ceramics. 2022. V. 12. P. 100313. 10.1016/j.oceram.2022.100313.
  34. Rangan K.K., Gopalakrishnan J. // Inorg. Chem. 1995. V. 34. P. 1969–1972. 10.1021/ic00111a055.
  35. Aono H., Asri bin Idris M., Sadaoka Y. // Solid State Ionics. 2004. V. 166. P. 53–59. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2003.11.005.
  36. Suzuki T., Yoshida K., Uematsu K., Kodama T., Toda K., Ye Z.-G., Sato M. // Solid State Ionics. 1997. V. 104. P. 27–33. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(97)00404-9.
  37. Shaikhlislamova A.R., Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2008. V. 53. P. 1829–1833. 10.1134/S0036023608120012.
  38. Шайхлисламова А.Р., Ярославцев А.Б. // Неорганические материалы. 2008. Т. 44. № 11. С. 1361-1366. (англоязычная версия: Shaikhlislamova A.R., Yaroslavtsev A.B. // Inorg. Mater. 2008. V. 44. P. 1227–1232. 10.1134/S0020168508110162).
  39. Shaikhlislamova A.R., Zhuravlev N.A., Stenina I.A., Izotov A.D., Yaroslavtsev A.B. // Doklady Physical Chemistry. 2008. V. 420. P. 118-120. 10.1134/S0012501608050102.
  40. Шайхлисламова А.Р., Горяинов A.Ю., Ярославцев А.Б. // Неорганические материалы. 2010. Т. 46. № 8. С. 997–1000. (англоязычная версия: Shaikhlislamova A.R., Goryainov A.Y., Yaroslavtsev A.B. // Inorg. Mater. 2010. V. 46. P. 896–899. 10.1134/S0020168510080170).
  41. Shannon R.D. // Acta Crystallographica Section A. 1976. V. 32. P. 751–767.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фрагменты рентгенограмм LiNbCr(PO4)3, полученного при температурах 850–1150°С (а), Li3−2xNbxCr2−x(PO4)3 (х = 0.95, 1.00, 1.05), синтезированных при 1100°С (б) и 1150°С (в). В области 2Ɵ~27° вырезаны фрагменты, содержащие рефлексы германия, который использовался в качестве стандарта. Символами +, # и * обозначены примесные фазы моноклинной и тетрагональной модификаций NbOPO4 и LiCrP2O7

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Типичные годографы импеданса на примере Li0.9Nb1.05Cr0.95(PO4)3 при различных температурах (а, б). Температуры приведены на рисунке

Скачать (583KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость проводимости от температуры для Li3−2xNbxCr2−x(PO4)3

Скачать (287KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024