Вплив катiонного замiщення на iонну i електронну провiднiсть твердих розчинiв (Cu1 – xAgx)7GeS5I
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe66.4.341Ключові слова:
змiшанi кристали, електропровiднiсть, дiаграма Найквiста, енергiя активацiї, концентрацiйна залежнiстьАнотація
На монокристалiчних зразках твердих розчинiв (Cu1−xAgx)7GeS5I були проведенi iмпеданснi вимiрювання у дiапазонi частот вiд 10 Гц до 300 кГц та в iнтервалi температур 292–383 K. Вивчено температурну i частотну залежностi електропровiдностi твердих розчинiв (Cu1−xAgx)7GeS5I. На основi аналiзу дiаграм Найквiста та з використанням електродних еквiвалентних схем були встановленi значення iонної та електронної компонент електропровiдностi. Дослiджено концентрацiйну поведiнку iонної та електронної провiдностi, а також концентрацiйну поведiнку вiдповiдних енергiй активацiй. Проаналiзовано спiввiдношення iонної та електронної компонент електропровiдностi для твердих розчинiв складу (Cu1−xAgx)7GeS5I.
Посилання
I. Garagounis, V. Kyriakou, C. Anagnostou, V. Bourganis, I. Papachristou, M. Stoukides. Solid electrolytes: Applications in heterogeneous catalysis and chemical cogeneration. Industr. & Engin. Chem. Res. 50, 431 (2011).
https://doi.org/10.1021/ie1001058
J.B. Goodenough, P. Singh. Review - solid electrolytes in rechargeable electrochemical cells. J. Electrochem. Soc. 162, A2387 (2015).
https://doi.org/10.1149/2.0021514jes
F. Zheng, M. Kotobuki, S. Song, M.O. Lai, L. Lu. Review on solid electrolytes for all-solid-state lithium-ion batteries. J. Power Sources 389, 198 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.04.022
M. Hou, F. Liang, K. Chen, Y. Dai, D. Xue. Challenges and perspectives of NASICON-type solid electrolytes for all-solid-state lithium batteries. Nanotechnology 31, 132003 (2020).
https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab5be7
W.F. Kuhs, R. Nitsche, K. Scheunemann. The argyrodites - a new family of the tetrahedrally close-packed structures. Mater. Res. Bull. 14, 241 (1979).
https://doi.org/10.1016/0025-5408(79)90125-9
T. Nilges, A. Pfi tzner. A structural diff erentiation of quaternary copper argirodites: Structure-property relations of high temperature ion conductors. Z. Kristallogr. 220, 281 (2005).
https://doi.org/10.1524/zkri.220.2.281.59142
I.P. Studenyak, M. Kranj˘cec, M.V. Kurik. Urbach rule and disordering processes in Cu6P(S1−xSex)5Br1−yIy superionic conductors. J. Phys. Chem. Solids 67, 807 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2005.10.184
I.P. Studenyak, M. Kranjˇcec, Gy.S. Kovacs, I.D. Desnica-Frankovic, V.V. Panko, V.Yu. Slivka. The excitonic processes and Urbach rule in Cu6P(S1−xSex)5I crystals in the sulfur-rich region. Mat. Res. Bull. 36, 123 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0025-5408(01)00508-6
I.P. Studenyak, M. Kranjˇcec, O.A. Mykailo, V.V. Bilanchuk, V.V. Panko, V.V. Tovt. Crystal growth, structural and optical parameters of Cu6PS5(Br1−xIx) superionic conductors. J. Optoelectr. Adv. Mat. 3, 879 (2001).
A.F. Orliukas, E. Kazakevicius, A. Kezionis, T. Salkus, I.P. Studenyak, R.Yu. Buchuk, I.P. Prits, V.V. Panko. Preparation, electric conductivity and dielectrical properties of Cu6PS5I-based superionic composites. Solid State Ionics 180, 183 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.ssi.2008.12.005
I.P. Studenyak, V.Yu. Izai, V.I. Studenyak, O.V. Kovalchuk, T.M. Kovalchuk, P. Kop˘cansk'y, M. Timko, N. Tomasovicov'a, V. Zavisova, J. Miskuf, I.V. Oleinikova. Influence of Cu6PS5I superionic nanoparticles on the dielectric
properties of 6CB liquid crystal. Liquid Crystals 44, 897 (2017).
https://doi.org/10.1080/02678292.2016.1254288
T. Salkus, E. Kazakevicius, J. Banys, M. Kranjcec, A.A. Chomolyak, Yu.Yu. Neimet, I.P. Studenyak. Influence of grain size eff ect on electrical properties of Cu 6PS5I superionic ceramics. Solid State Ionics 262, 597 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.ssi.2013.10.040
I.P. Studenyak, M.Kranj˘cec, V.Yu. Izai, A.A. Chomolyak, M. Vorohta, V. Matolin, C. Cserhati, S. K¨ok'enyesi. Structural and temperature-related disordering studies of Cu6PS5I amorphous thin fi lms. Thin Solid Films 520, 1729 (2012).
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2011.08.043
S. Boulineau, M. Courty, J.-M. Tarascon, V. Viallet. Mechanochemical synthesis of Li-argyrodite Li6PS5X (X = Cl, Br, I) as sulfur-based solid electrolytes for all solid state batteries application. Solid State Ionics 221, 1 (2012).
https://doi.org/10.1016/j.ssi.2012.06.008
S. Yubuchi, S. Teragawa, K. Aso, K. Tadanaga, A. Hayashi, M. Tatsumisago. Preparation of high lithium-ion conducting Li6PS5Cl solid electrolyte from ethanol solution for all-solid-state lithium batteries. J. Power Sources 293, 941 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.05.093
C. Yu, L. van Eijck, S. Ganapathy, M. Wagemaker. Synthesis, structure and electrochemical performance of the
argyrodite Li6PS5Cl solid electrolyte for Li-ion solid state batteries. Electrochimica Acta 215, 93 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.08.081
N.C. Rosero-Navarro, T. Kinoshita, A. Miura, M. Higuchi, K. Tadanaga. Eff ect of the binder content on the electrochemical performance of composite cathode using Li6PS5Cl precursor solution in an all-solid-state lithium battery. Ionics 23, 1619 (2017).
https://doi.org/10.1007/s11581-017-2106-x
S. Wenzel, S.J. Seldmaier, C. Dietrich, W.G. Zeier, J. Janek. Interfacial reactivity and interphase growth of argyrodite solid electrolytes at lithium metal electrodes. Solid State Ionics 318, 102 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.ssi.2017.07.005
Z. Zhang, L. Zhang, X. Yan, H. Wang, Y. Liu, C. Yu, X. Cao, L. van Eijck, B. Wen. All-in-one improvement toward Li6PS5Br-based solid electrolytes triggered by compositional tune. J. Power Sources 410-411, 162 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.11.016
I.P. Studenyak, A.I. Pogodin, V.I. Studenyak, O.P. Kokhan, Yu.M. Azhniuk, C. Cserhati, S. Kokenyesi, D.R.T. Zahn. Synthesis and characterisation of new potassium-containing argyrodite-type compounds. Semicond. Phys., Quantum Electron. & Optoelectron. 22, 26 (2019).
https://doi.org/10.15407/spqeo22.01.026
M. Laqibi, B. Cros, S. Peytavin, M. Ribes. New silver superionic conductors Ag7XY5Z (X = Si, Ge, Sn; Y = S, Se; Z = Cl, Br, I) - synthesis and electrical studies. Solid State Ionics 23, 21 (1987).
https://doi.org/10.1016/0167-2738(87)90077-4
I.P. Studenyak, M. Kranjcec, Gy.Sh. Kovacs, I.D. Desnica-Frankovic, A.A. Molnar, V.V. Panko, V.Yu. Slivka. Electrical and optical absoprtion studies of Cu7GeS5I fast-ion conductor. J. Phys. Chem. Solids 63, 267 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0022-3697(01)00139-1
I.P. Studenyak, M. Kranjcec, V.V. Bilanchuk, O.P. Kokhan, A.F. Orliukas, E. Kazakevicius, A. Kezionis, T. Salkus. Temperature variation of electrical conductivity and absorption edge in Cu7GeSe5I advanced superionic conductor. J. Phys. Chem. Solids 70, 1478 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2009.09.003
I.P. Studenyak, M. Kranjcec, V.V. Bilanchuk, O.P. Kokhan, A.F. Orliukas, A. Kezionis, E. Kazakevicius, T. Salkus. Temperature and compositional behavior of electrical conductivity and optical absorption edge in Cu7Ge(S1−xSex)5I mixed superionic crystals. Solid State Ionics 181, 1596 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.ssi.2010.09.021
I.P. Studenyak, A.I. Pogodin, O.P. Kokhan, V. Kavaliuke, T. Salkus, A. Kezionis, A.F. Orliukas. Crystal growth, structural and electrical properties of (Cu1−xAgx)7GeS5I superionic solid solutions. Solid State Ionics 329, 119 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.11.020
I.P. Studenyak, A.I. Pogodin, V.I. Studenyak, V.Yu. Izai, M.J. Filep, O.P. Kokhan, M. Kranjcec, P.K'us. Electrical properties of copper- and silver-containing superionic (Cu1−xAgx)7SiS5I mixed crystals with argyrodite structure. Solid State Ionics 345, 115183 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.115183
A.R. West. Solid State Chemistry and its Applications Second edition, student edition (John Wiley & Sons, 2014).
I.P. Studenyak, A.I. Pogodin, M.M. Luchynets, V.I. Studenyak, O.P. Kokhan, P. K'u˘s. Impedance studies and electrical conductivity of (Cu1−xAgx)7GeSe5I mixed crystals. J. Alloys and Compounds 817, 152792 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152792
A.K. Ivanov-Schitz, I.V. Murin. Solid State Ionics (Univ. Press, 2001) (in Russian).
M.E. Orazem, B. Tribollet. Electrochemical Impedance Spectroscopy (John Wiley & Sons, 2008). https://doi.org/10.1002/9780470381588
R.A. Huggins, Simple method to determine electronic and ionic components of the conductivity in mixed conductors: a review. Ionics 8, 300 (2002). https://doi.org/10.1007/BF02376083
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
