Структура та електричні властивості суперіонної кераміки на основі збагаченого сріблом твердого розчину (Cu0,25Ag0,75)7SiS5I
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.489Ключові слова:
аргiродит, суперiонний провiдник, керамiка, iонна провiднiсть, енергiя активацiїАнотація
Отримано суперiоннi керамiчнi зразки на основi твердого розчину (Cu0.25Ag0.75)7SiS5I з використанням мiкро- та нанопорошкiв. Для структурних дослiджень порошкiв та керамiчних зразкiв використано методи РФА та мiкроструктурного аналiзу. Iмпеданснi вимiрювання керамiчних зразкiв проводилися в частотному дiапазонi вiд 10 до 2 · 106 Гц та температурному iнтервалi 292–383 K. Визначено внески iонної та електронної провiдностей у загальну електропровiднiсть, дослiджено їх температурнi залежностi. Вивчено вплив розмiрного ефекту на iонну та електронну провiднiсть та розраховано енергiї активацiї керамiчних зразкiв.
Посилання
M. Bengisu. Applications of ceramic materials. In: Engineering Ceramics. Engineering Materials (Springer, 2001), p. 407-446 [ISBN: 978-3-642-08719-6, 978-3-662-04350-9].
https://doi.org/10.1007/978-3-662-04350-9_6
M. Vallet-Reg'i. Ceramics for medical applications. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 2, 97 (2001).
https://doi.org/10.1039/b007852m
Z. Xiao,S. Yu, Y. Li, S. Ruan, L.B. Kong, Q. Huang, Z. Huang, K. Zhou, H. Su, Z. Yao, W. Que, Y. Liu, T. Zhang, J. Wang, P. Liu, D. Shen, M. Allix, J. Zhang, D. Tang. Materials development and potential applications of transparent ceramics: A review. Mater. Sci. Engin.: R: Reports 139, 100518 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.mser.2019.100518
R.-Z. Zhang, M.J. Reece. Review of high entropy ceramics: Design, synthesis, structure and properties. J. Mater. Chem. A 7, 22148 (2019).
https://doi.org/10.1039/C9TA05698J
X. Hao. A review on the dielectric materials for high energy-storage application. J. Adv. Dielectr. 3 (1), 1330001 (2013).
https://doi.org/10.1142/S2010135X13300016
V. Fernao Pires, E. Romero-Cadaval, D. Vinnikov, I. Roasto, J.F. Martins. Power converter interfaces for electro-chemical energy storage systems - A review. Energy Conversion and Management 86, 453 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.05.003
Z. Wu, Z. Xie, A. Yoshida, Z. Wang, X. Hao, A. Abudula, G. Guan. Utmost limits of various solid electrolytes in all-
solid-state lithium batteries: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 109, 367 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.04.035
J.B. Goodenough, K.-S. Park. The Li-ion rechargeable battery: a perspective. J. Am. Chem. Soc. 135 (4), 1167 (2013).
https://doi.org/10.1021/ja3091438
J. Wen, Y. Yu, C. Chen. A review on lithium-ion batteries safety issues: Existing problems and possible solutions. Mater. Express 2, 197 (2012).
https://doi.org/10.1166/mex.2012.1075
J.W. Fergus. Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries. J. Power Sources 195, 4554 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.01.076
Z. Zhang, Q. Zhang, C. Ren, F. Luo, Q. Ma, Y.-S. Hu, Z. Zhou, H. Li, X.H., L. Chen. A ceramic/polymer composite solid electrolyte for sodium batteries. J. Mater. Chem. A 4, 15823 (2016).
https://doi.org/10.1039/C6TA07590H
K.H. Park, D.H. Kim, H. Kwak, S.H. Jung, H.-J. Lee, A. Banerjee, J.H. Lee, Y.S. Jung. Solution-derived glass-ceramic NaI×Na3SbS4 superionic conductors for all-solid-state Na-ion batteries. J. Mater. Chem. A 6, 17192 (2018).
https://doi.org/10.1039/C8TA05537H
M. Tatsumisago, A. Hayashi. Sulfi de glass-ceramic electrolytes for all-solid-state lithium and sodium batteries. Int. J. Appl. Glass Sci. 5, 226 (2014).
https://doi.org/10.1111/ijag.12084
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. Pfitzner. 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. Kranjcec, 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
H.-J. Deiseroth, S.-T. Kong, H. Eckert, J. Vannahme, C. Reiner, T. Zaib, M. Schlosser. Li6PS5X: A class of crystalline Li-rich solids with an unusually high Li+ mobility. Angew. Chem. Int. Ed. 47, 755 (2008).
https://doi.org/10.1002/anie.200703900
L. Zhou, A. Assoud, Q. Zhang, X. Wu, L.F. Nazar. New family of argyrodite thioantimonate lithium superionic conductors. J. Am. Chem. Soc. 141 (48), 19002 (2019).
https://doi.org/10.1021/jacs.9b08357
H. Wang, C. Yu, S. Ganapathy, E.R.H. van Eck, L. van Eijck, M. Wagemaker. A lithium argyrodite Li6PS5Cl0.5Br0.5 electrolyte with improved bulk and interfacial conductivity. Journal of Power Sources 412, 29 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.11.029
Wo Dum Jung, Ji-Su Kim, Sungjun Choi, Seongmin Kim, Minjae Jeon, Hun-Gi Jung, Kyung Yoon Chung, Jong-Ho Lee, Byung-Kook Kim, Jong-Heun Lee, Hyoungchul Kim. Superionic halogen-rich Li-argyrodites using in situ nanocrystal nucleation and rapid crystal growth. Nano Lett. 20 (4), 2303 (2020).
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b04597
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. Infl uence of Cu 6PS5I 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 effect 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
M.E. Orazem, B. Tribollet. Electrochemical Impedance Spectroscopy. (Wiley, 2008).
https://doi.org/10.1002/9780470381588
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
V.S. Urusov. Theoretical Crystallochemistry (MSU, 1987) (in Russian).
L.B. McCusker, R.B. Von Dreele, D.E. Cox, D. Lou¨er, P. Scardi. Rietveld refi nement guidelines. J. Appl. Crystallogr. 32, 36 (1999). https://doi.org/10.1107/S0021889898009856
A. Altomare, C. Cuocci, C. Giacovazzo, A. Moliterni, R. Rizzi, N. Corriero, A. Falcicchio. EXPO2013: A kit of tools for phasing crystal structures from powder data. J. Appl. Crystallogr. 46, 1231 (2013). https://doi.org/10.1107/S0021889813013113
K. Momma, F. Izumi. VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data. J. Appl. Crystallogr. 44, 1272 (2011). https://doi.org/10.1107/S0021889811038970
A.K. Ivanov-Schitz, I.V. Murin. Solid State Ionics (St.-Petersburg State Univ., 2000) (in Russian).
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}
