Effect of superstoichiometric amounts of sodium and phosphorus on the phase composition and ionic conductivity of zirconium and sodium silicophosphates (NASICON)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using the method of pyrolysis of solutions in a melt, the phase formation of sodium and zirconium silicophosphates Na1+xZr2SixP3–xO12 was studied depending on the concentrations of sodium and phosphorus in the precursors. The influence of the content of these components, as well as firing conditions on the change in the ionic conductivity of NASICON was studied. Methods of X-ray phase analysis, scanning electron microscopy, full-profile Rietveld analysis, and electrochemical impedance spectroscopy were used. The specific values of grain conductivity (σb) and grain boundaries (σgb) of the samples were calculated. It was found that the reason for the change in ionic conductivity is a change in the composition of NASICON with increasing concentrations of sodium and phosphorus in the precursor. The main condition for high conductivity of the material is the formation of a crystalline phase corresponding to the composition Na3Zr2Si2РO12, as well as a minimum amount of impurities and glass phase. The conductivity of the NASICON sample (x = 2) under certain processing conditions is ~ 1 · 10-3 S/cm.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. N. Grishchenko

Institute of Chemistry, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: grishchenko@ich.dvo.ru
Russian Federation, Vladivostok, 690022

A. B. Podgorbunsky

Institute of Chemistry, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: grishchenko@ich.dvo.ru
Russian Federation, Vladivostok, 690022

M. A. Medkov

Institute of Chemistry, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: grishchenko@ich.dvo.ru
Russian Federation, Vladivostok, 690022

References

  1. Goodenough J.B., Hong H.Y-P., Kafalas J.A. // Mater. Res. Bull. 1976. V. 11. № 2. P. 203. https://doi.org/10.1016/0025-5408(76)90077-5
  2. Hong H.Y-P. // Mater. Res. Bull. 1976. V. 11. № 2. P. 173. https://doi.org/10.1016/0025-5408(76)90073-8
  3. Li C., Li R., Liu K. et al. // Interdiscip. Mater. 2022. P. 1. https://doi.org/10.1002/idm2.12044
  4. Guin M., Tietz F. // J. Power Sources. 2015. V. 273. P. 1056. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.09.137
  5. Lalere F., Leriche J.B., Courty M. et al. // J. Power Sources. 2014. V. 247. P. 975. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.09.051
  6. Fergus J.-W. // Solid State Ionics. 2012. V. 227. P. 102. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2012.09.019
  7. Narayanan S., Reid S., Butler S., Thangadurai V. // Solid State Ionics. 2019. V. 331. P. 22. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.12.003
  8. Rao Y.B., Bharathi K.К., Patro L.N. // Solid State Ionics. 2021. V. 366–377. P. 115671. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2021.115671
  9. Wang H., Zhao G., Wang S. et al. // Nanoscale. 2022. V. 14. № 3. P. 823. https://doi.org/10.1039/d1nr06959d
  10. Naqash S., Tietz F., Yazhenskikh E. et al. // Solid State Ionics. 2019. V. 336. P. 57. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.03.017
  11. Грищенко Д.Н., Курявый В.Г., Подгорбунский А.Б., Медков М.А. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 1. С. 17. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601043
  12. Fuentes R.O., Marques F.M.B., Franco J.I. // Bol. Soc. Esp. Cerám. Vidrio. 1999. V. 38. № 6. P. 631.
  13. Zhang S., Quan B., Zhiyong Z., Zhao B. // Materials Letters. 2004. V. 58. № 1. P. 226.
  14. Yang G., Zhai Y., Yao J. et al. // Chem. Commun. 2021. V. 57. P. 4023. https://doi.org/10.1039/d0cc07261c
  15. Brug G.J., van den Eeden A.L.G., Sluyters-Rehbach M., Sluyters J.H. // J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1984. V. 176. P. 275. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(84)80324-1
  16. Bauerle J.E. // J. Phys. Chem. Solids. 1969. V. 30. P. 2657. https://doi.org/10.1016/0022-3697(69)90039-0
  17. Bauerle J.E., Hrizo J. // J. Phys. Chem. Solids. 1969. V. 30. P. 565. https://doi.org/10.1016/0022-3697(69)90011-0
  18. Kim S.K., Mao A., Sen S., Kim S. // Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 5695. https://doi.org/10.1021/cm502542p
  19. Suzuki K., Noi K., Hayashi A., Tatsumisago M. // Scr. Mater. 2018. V. 145. P. 67. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2017.10.010
  20. Ren K., Cao Y., Chen Y. et al. // Scripta Mater. 2020. V. 187. P. 384. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.06.055
  21. Ngo Q.Q., Nguyen V.N., To V.N. et al. // Интеллектуальная электротехника. 2022. № 2. C. 16. https://doi.org/10.46960/2658-6754_2022_2_16

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diffractograms of samples with stoichiometric ratio of components annealed at temperature , °C: 600 (1); 700 (2); 800 (3); 900 (4); 1000 (5); 1100 (6).

Download (225KB)
Indexing metadata
3. Рис. 2. Штрихрентгенограммы: PDF 01-084-1317 (х = 2.12) (а); PDF 01-084-1200 (х = 2) (б); PDF 01-084-1182 (х ~ 1.9) (в), PDF 01-078-0489 (х ~ 1.84) (г).

Download (107KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The main diffraction maxima of samples obtained at firing temperatures, ° C: 1200 (sample 4) (1), 1200 (sample 10) (2), 1000 (sample 8) (3).

Download (124KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The main diffraction maxima of the samples after firing at 1000 ° C: samples 8 (1), 9 (2), 10 (3), 11 (4).

Download (118KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Micrographs of samples (composition 10) obtained at temperatures, ° C: 1000 (a), 1100 (b), 1200 (c).

Download (199KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Diffractograms of samples (composition 10) obtained at temperatures, ° C: 1000 (1), 1100 (2), 1200 (3).

Download (178KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Micrography of sample 1 obtained at a temperature of 1200 °C (a) and its energy dispersion spectra in the scanning regions: 1 (b), 2 (c).

Download (177KB)
Indexing metadata
9. Figure 8. Impedance spectrum of sample 4 (a), high-frequency region of the spectrum with an equivalent circuit (b): 1 — experimental spectrum, 2 — curve modeling the spectrum in the extended frequency range.

Download (93KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».