Журналы →  Цветные металлы →  2019 →  №10 →  Назад

Редкие металлы, полупроводники
Название Синтез и исследование катионпроводящих фаз в системе YbPO4 – Na3PO4 – Li3PO4
DOI 10.17580/tsm.2019.10.06
Автор Купенко В. И., Садыкова М. М., Зимина Г. В., Фомичев В. В.
Информация об авторе

МИРЭА — Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова), Москва, Россия:

В. И. Купенко, магистр каф. химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов имени К. А. Большакова
Г. В. Зимина, вед. науч. сотрудник каф. химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов, канд. хим. наук им. К. А. Большакова
В. В. Фомичев, проф. каф. химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов им. К. А. Большакова
М. М. Садыкова, аспирант каф. химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов им. К. А. Большакова, эл. почта: sadykova.mm@mail.ru

Реферат

Комплексные фосфаты лития (натрия) и трехзарядных металлов представляют обширный класс химических соединений, многие представители из которых обладают уникальными проводящими свойствами, позволяющими использовать их в каче- стве катодных или анодных материалов химических источников тока (ХИТ). В связи с этим естественный интерес представляют кристаллизующиеся в трехкомпонентной системе YbPO4 — Na3PO4 — Li3PO4 NASICON-подобные фазы, в которых возможно участие в проводимости обоих щелочных катионов. В трехкомпонентной системе YbPO4 — Na3PO4 — Li3PO4 были изучены стабильные разрезы. В работе использовали методы твердофазного синтеза и рентгеновского анализа. Исходные вещества для исследования — карбонат лития, монофосфат натрия и оксид иттербия. Образцы исходных компонентов после тщательного измельчения с этиловым спиртом прессовали в таблетки диаметром 9–10 мм и толщиной 1 мм, отжигали при 950 oC в течение 100–200 ч. Рентгенограммы фаз были сняты на установке Shimadzu XRD 6000 (Cu Kα). Параметры кристаллической решетки рассчитывали, используя программу FullProf, индицирование — с помощью программы RTP 32. Исследование катионной проводимости образцов выполняли на установке Agillent 4284 с термоанализирующей системой Netzsch STA 449С Yupiter в интервале температур 20–300 oC при частотах 1 Гц — 1 MГц, используя метод импедансной спектроскопии. Выполнены три триангулирующие сечения трехкомпонентной системы: YbPO4 — LiNa5(PO4)2, Na6Yb3(PO4)5 — Li3PO4 и YbPO4 — LiNa5PO4. Выявлено существование трех сложных фосфатов — LiNa5Yb4(PO4)6, LiNa5Yb3(PO4)5, LiNa5Yb(PO4)3 и стабилизированной иттербием высокотемпературной модификации фосфата лития – натрия, которые являются следствием внедрения лития в кристаллическую решетку соответствующих двойных фосфатов натрия — иттербия. Установлено существование твердого раствора на основе Na6Yb3(PO4)5 и показано заметное возрастание параметра «а» при увеличении количества лития в соединении, что указывает на образование твердого раствора внедрения. Измерена катионная проводимость (Li+, Na+) образцов состава 40 и 60 % (мол.) Li3PO4 и показано, что введение лития в матрицу сложного фосфата Na6Yb3(PO4)5 отрицательно влияет на величину проводимости. Вероятно, это связано с сильным поляризующим действием катиона Li+.

Ключевые слова Nвердые растворы, фосфат иттербия, катионная проводимость, трехкомпонентная система, твердые электролиты, источник тока
Библиографический список

1. Зимина Г. В., Журавлева М. А., Смирнова И. Н., Спиридонов Ф. М., Новоселов А. В., Ильинский А. Л. Фазообразование в тройной системе ScРO4–Nа3РO4–Li3РO4 // Журн. неорг. химии. 2009. Т. 54, № 12. С. 2073–2078.
2. Novoselov A. V., Zhuravleva M. A., Zakalyukin R. M., Fomichev V. V., Zimina G. V. Phase Stability and Ionic Conductivity of Solid Solutions with NASICON Structure // J. Am. Ceram. Soc. 2008. Vol. 91, Iss. 4. P. 1377–1379.
3. Deng Y., Eames C., Chotard J. Structural and Mechanistic Insights into Fast Lithium-Ion Conduction in Li4SiO4–Li3PO4 Solid Electrolytes // J. Am. Chem. Soc. 2015. Vol. 137. P. 9136–9145.
4. Wood S. M., Eames C., Kendrick E., Islam M. S. Sodium-Ion Diffusion and Voltage Trends in Phosphates Na4M3(PO4)2P2O7 (M = Fe, Mn, Co, Ni) for Possible High Rate Cathodes // J. Phys. Chem. C. 2015. Vol. 119. P. 15935–15941.
5. Tapia-Ruiz N., Dose W. M., Sharma N., Chen H., Heath J., Somerville J. W., Maitra U., Islam M. S., Bruce P. G. High voltage structural evolution and enhanced Na-ion diffusion in P2-Na2/3Ni1/3–xMgxMn2/3O2 (0x0.2) cathodes from diffraction, electrochemical and ab initio studies // Energy Environ. Sci. 2018. Vol. 11. P. 1470–1479.
6. Panchmatia P. M., Armstrong A. R., Bruce P. G., Islam M. S. Lithium-ion diffusion mechanisms in the battery anode material Li1+xV1–xO2 // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. Vol. 16. P. 21114–21118.
7. Tealdi C., Heath J., Islam M. Feeling the strain: enhancing ionic transport in olivine phosphate cathodes for Li- and Na-ion batteries through strain effects // J. Mater. Chem. A. 2016. Vol. 4. P. 6998–7004.
8. Иванов-Шиц А. К., Мурин И. В. Ионика твердого тела: в 2 т, Т I. — СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2000. – 495 c.
9. Зимина Г. В., Смирнова И. Н., Фомичев В. В., Зайцева М. Г., Купенко В. И. Сложные фосфаты лития и натрия в системе Li3PO4–Na3PO4 // Журн. неорг. химии. 2005. Т. 50, № 5. С. 744–747.
10. Комиссарова Л. Н., Рюмин М. А., Бобылев А. П., Жижин М. Г., Данилов В. П. Синтез и кристаллическая структура новых сложных молибдат-фосфатов иттербия M2IYb(PO4)(MOO4) (MI = K, Na) // Журн. неорг. химии. 2006. Т. 51, № 3. С. 350–356.
11. Deng Y., Eames C., Long H., Nguyen B. Crystal Structures, Local Atomic Environments, and Ion Diffusion Mechanisms of Scandium-Substituted Sodium Superionic Conductor (NASICON) Solid Electrolytes // Chem. Mater. 2018. Vol. 30, Iss. 8. P. 2618–2630.
12. Потапова А. М. Катионпроводящие фазы в системе Li3PO4–Na3PO4–InPO4 : дис. … канд. хим. наук. — М., 2011. — 113 с.

Language of full-text русский
Полный текст статьи Получить
Назад