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

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

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.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

S. Novikova

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

Autor responsável pela correspondência
Email: yaroslav@igic.ras.ru
Rússia, Moscow

A. Yaroslavtsev

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

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

Bibliografia

  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.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
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

Baixar (1MB)
Metadados
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

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

Baixar (287KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».