Везде

ОХНМНеорганические материалы Inorganic Materials

  • ISSN (Print) 0002-337X
  • ISSN (Online) 3034-5588

ИОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ НАНО- И МИКРОРАЗМЕРНОЙ КЕРАМИКИ ХОЛОДНОГО ПРЕССОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА (CePr)SrF СО СТРУКТУРОЙ ТИСОНИТА

Вы можете
Код статьи
S30345588S0002337X25010092-1
DOI
10.7868/S3034558825010092
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Сорокин Н.И.
  • Аффилиация: Отделение “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова” Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”
Кошелев А.В.
  • Аффилиация: Отделение “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова” Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”
Архарова Н.А.
  • Аффилиация: Отделение “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова” Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”
Каримов Д.Н.
  • Аффилиация: Отделение “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова” Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”
Том/ Выпуск
Том 61 / Номер выпуска 1-2
Страницы
93-99
Аннотация
Продолжены исследования по разработке технологии синтеза нанокерамических электролитов на основе высокопроводящих нестехиометрических тисонитовых (пр. гр. 31) твердых растворов. Получены нано- и микроразмерные образцы керамики состава (CePr)SrF, исследованы их рентгенографические, структурно-морфологические и кондуктометрические характеристики. Исходный твердый электролит синтезировали методом спонтанной кристаллизации расплава во фторирующей атмосфере, затем измельчали в ступке и в шаровой мельнице для получения порошка разных фракций и прессовали холодным способом. Обнаружено, что наноразмерная керамика обладает более высокими электролитическими характеристиками в сравнении с микрокерамикой. Ионная проводимость нанокерамики (CePr)SrF составляет σ = 4.7 × 10 См/см при 500 K, энтальпия активации ионного переноса обусловлена миграцией вакансий фтора на межзеренных границах и составляет Δ = 0.43 эВ ( < 560 K) и 0.27 эВ ( > 560 K). Катионный состав изученного многокомпонентного твердого электролита является перспективным для дальнейшей оптимизации синтеза фторидной нанокерамики и ее практического применения в твердотельных электрохимических устройствах.
Ключевые слова
нанофториды твердые электролиты трифториды РЗЭ структура тисонита керамический синтез
Дата публикации
01.01.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
21

Библиография

  1. 1. Sorokin N.I., Karimov D.N. Optimization of the solid electrolytes composition in MF-LaF-NdF and MF-CeF-PrF (M = Ca, Sr, Ba) systems by room ionic conductivity // Crystallogr. Rep. 2024. V. 69. № 6. P. 924-930. https://doi.org/10.1134/S1063774524602144
  2. 2. Anji Reddy M., Fichtner M. Batteries based on fluoride shuttle // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 17059-17062. https://doi.org/10.1039/C1JM13535J
  3. 3. Zhang M., Cao X., Hao Y., Wang H., Pu J., Chi B., Shen Z. Recent progress, challenges and prospects of electrolytes for fluoride-ion batteries // Energy Rev. 2024. V. 3. P. 100083. https://doi.org/10.1016/j.enrew.2024.100083
  4. 4. Kawahara K., Ishikawa R., Sasano S., Shibata N., Ikuhara N. LaSrF: a solid-state electrolyte for fluoride ion battery with high ionic conductivity and wide electrochemical potential window // J. Electrochem. Soc. 2024. V. 171. P. 110508. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ad8d10
  5. 5. Xiao A.W., Galatolo G., Pasta M. The case for fluoride-ion batteries // Joule. 2021. V. 5. P. 2823-2844. https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.016
  6. 6. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. Оптимизация по проводимости при 293 К монокристаллов твердых электролитов со структурой тисонита (LaF). Часть 2. Нестехиометрические фазы RMF (R = La - Lu, Y; M = Sr, Ba) // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 1. С. 123-129. https://doi.org/10.7868/S0023476114040195
  7. 7. Breuer S., Langhammer S., Kiesl A., Wilkening M. F Anion dynamics in cation-mixed nanocrystalline LaF:SrF // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. P. 13669- 13681. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2361x
  8. 8. Motohashi K., Nakamura T., Kimura Y., Uchimoto Y., Amezawa K. Influence of microstructures on conductivity in tysonite-type fluoride ion conductors // Solid State Ionics. 2019. V. 338. P. 113-120. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.05.023
  9. 9. Chable J., Martin A.G., Bourdin A., Body M., Legein C., Jouanneaux A., Crosnier-Lopez M.P., Galven C., Dieudonnė B., Leblanc M., Demourgues A., Maisonneuve V. Fluoride solid electrolytes: from microcrystalline to nanostructured tysonite-type LaBaF // J. Alloys Compd. 2017. V. 692. P. 980-988. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.135
  10. 10. Duvel A., Bednarcik J., Sepelak V., Heitjans P. Mechanosynthesis of the fast fluoride ion conductor BaLaF - from the fluorite to the tysonite structure // J. Phys. Chem. 2014. V. 118. P. 7117. https://doi.org/10.1021/jp410018t
  11. 11. Rongeat C., Anji Reddy M., Witter R., Fichtner M. Solid electrolytes for fluoride ion batteries: ionic conductivity in polycrystalline tysonite-type fluorides // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. P. 2103-2110. https://doi.org/10.1021/am4052188
  12. 12. Сульянова Е.А., Каримов Д.Н., Сульянов С.Н., Жмурова З.И., Голубев А.М., Соболев Б. П. Наноструктурированные кристаллы флюоритовых фаз SrRF (R - редкоземельные элементы) и их упорядочение. Часть 10. Упорядочение при спонтанной кристаллизации и отжиге сплавов SrRF(R = Tb-Lu, Y) с 23.8-36.1 мол.% RF // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 1. С. 158-169. https://doi.org/10.7868/S0023476115010245
  13. 13. Buchinskaya I.I., Arkharova N.A., Ivanova A.G., Sorokin N.I., Karimov D.N. Synthesis, microstructure, and electrical conductivity of eutectic composites in MF-RF (M = Ca, Sr, Ba; R = La-Nd) systems // J. Compos. Sci. 2023.V. 7. № 8. P. 330. https://doi.org/10.3390/jcs7080330
  14. 14. Сорокин Н.И., Фоминых М.В., Кривандина Е.А., Жмурова З.И., Соболев Б.П. Ионный перенос в твердых растворах RSrF со структурой типа LaF (тисонита) // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 2. С. 310-319.
  15. 15. Сорокин Н.И., Архарова Н.А., Каримов Д.Н. Синтез наноразмерного твердого электролита PrSrF и исследование влияния термообработки на ионную проводимость фторидной нанокерамики // Кристаллография. 2024. Т. 69. № 4. С. 676-684. https://doi.org/10.31857/S0023476124040145
  16. 16. Сорокин Н.И., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. Зависимости плотности монокристаллов MRF и RMF (M = Ca, Sr, Ba, Cd, Pb; R-редкоземельные элементы) от состава // Кристаллография. 2013. Т. 58. № 6. С. 952-956. https://doi.org/10.7868/S0023476113060222
  17. 17. Sobolev B.P., Sorokin N.I., Bolotina N.B. Photonic & electronic properties of fluoride materials / Eds. Tressaud A., Poeppelmeier K. Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 465. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801639-8.00021-0
  18. 18. Мурин И.В., Глумов О.В., Амелин Ю.В. Механизм ионного переноса в LaF // Журн. прикл. химии. 1980. Т. 53. № 7. С. 1474-1478.
  19. 19. Roos A., van de Pol F.C.M., Keim R., Schoonman J. Ionic conductivity in tysonite-type solid solutions LaBaF // Solid State Ionics. 1984. V. 13. P. 191-203. https://doi.org/10.1016/0167-2738 (84)90030-4
  20. 20. Сорокин Н.И., Ивановская Н.А., Соболев Б.П. Ионная проводимость керамик холодного прессования из помола синтезированных реакцией в расплаве твердых электролитов RMF (R = La, Nd; M = Ca, Sr, Ba) // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 2. С. 286-289. https://doi.org/10.7868/S002347611402026X
  21. 21. Chable J. Fluoride solid electrolytes for fluoride ion battery // Thesis. 2015 (in French). https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01266054
  22. 22. Chable J., Dieudonne B., Body M., Legein C., Crosnier-Lopez M.-P., Galven C., Mauvy F., Durand E., Fourcade S., Sheptyakov D., Leblanc M., Maisonneuve V., Demourgues A. Fluoride solid electrolytes: investigation of the tysonite-type solid solutions LaBaF ( < 0.15) // Dalton Trans. 2015. V. 44. № 45. P. 19625-19635. https://doi.org/10.1039/c5dt02321a
  23. 23. Breuer S., Gombotz M., Pregartner V., Hanzu I., Martin H., Wilkening R. Heterogeneous F anion transport, local dynamics and electrochemical stability of nanocrystalline LaBaF // Energy Storage Mater. 2019. V. 16. P. 481-503. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.10.010
  24. 24. Gombotz M., Pregartner V., Hanzu I., Wilkening H.M.R. Fluoride-ion batteries: on the electrochemical stability of nanocrystalline LaBaF against metal electrodes // Nanomaterials. 2019. V. 9. P. 1517. https://doi.org/10.3390/nano9111517
  25. 25. Bratia H., Thien D.T., Pohl H.P., Chakravadhanula V.S.K., Fawey M.H., Kübel C., Fichtner M. Conductivity optimization of tysonite-type LaBaF solid electrolytes for advanced fluoride ion battery // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. P. 23707- 23715. https://doi.org/10.1021/acsami.7b04936
  26. 26. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. Оптимизация по проводимости при 293 К монокристаллов твердых электролитов со структурой тисонита (LaF). Часть 1. Нестехиометрические фазы RCaF (R = La-Lu, Y) // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 4. С. 609-622. https://doi.org/10.7868/S0023476114040195
  27. 27. Сорокин Н.И., Каримов Д.Н., Бучинская И.И. Проводимость твердых электролитов RPbF (R = Pr, Nd) со структурой тисонита // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 8. С. 465-472. https://doi.org/10.31857/S0424857021070136
  28. 28. El Omari M., Senegas J., Reau J.-M. Ionic conductivity properties and F NMR investigation in LnCdF (Ln = Ce, Nd) solid solutions with tysonyte-type structure. Part1. Ionic conductivity properties // Solid State Ionics. 1998. V. 107. P. 281-291. https://doi.org/10.1016/S0167-2738 (97)00535-3
  29. 29. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. Граница проводимости фторпроводящих твердых электролитов для функционирования электрохимических устройств при комнатной температуре // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 3. С. 431-434. https://doi.org/10.7868/S0023476115030194
  30. 30. Patro L.N. Role of mechanical milling on the synthesis and ionic transport properties of fast fluoride ion conductivity materials // J. Solid State Electrochem. 2020. V. 20. P. 2219. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04769X
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека