Li3-2xNbxCr2-x(PO4)3 Complex Phosphates with the Nasicon Structure: Synthesis and lon Conductivity

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

One of the main trends in the development of metal-ion batteries is the transition to lithium anodes, the safe use of which is impossible without replacing liquid membranes with solid membranes, primarily inorganic ones. Lithium-niobium-chromium phosphates with calculated compositions Li3–2xNbxCr2–x(PO4)3 (x = 0.95, 1.00, 1.05) were obtained by solid-state synthesis and characterized by XRD analysis and impedance spectroscopy. The obtained complex lithium-niobium-chromium phosphates with the NASICON structure crystallize in hexagonal modification. The lattice parameters of the synthesized materials decrease with increasing chromium content. The material of composition Li1.1Nb0.95Cr1.05(PO4)3 (3.10–5 S/cm at 25 °C) possesses the highest ionic conductivity and the lowest activation energy, which indicates a greater mobility of lithium ions by the interstitial mechanism even in the region of its own disorderliness.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

S. Novikova

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: yaroslav@igic.ras.ru
Ресей, Moscow

A. Yaroslavtsev

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Ресей, Moscow

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Fragments of X-ray diffraction patterns of LiNbCr(PO4)3 obtained at 850-1150°C (a), Li3-2xNbxCr2-x(PO4)3 (x = 0.95, 1.00, 1.05) synthesised at 1100°C (b) and 1150°C (c). Fragments containing reflections of germanium, which was used as a standard, were cut out in the 2Ɵ~27° region. Symbols +, # and * denote impurity phases of monoclinic and tetragonal modifications of NbOPO4 and LiCrP2O7

Жүктеу (1MB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Typical impedance hodographs using Li0.9Nb1.05Cr0.95(PO4)3 as an example at different temperatures (a, b). Temperatures are given in the figure

Жүктеу (583KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Temperature dependence of conductivity for Li3-2xNbxCr2-x(PO4)3

Жүктеу (287KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024