Composite solid electrolytes MWO4–SiO2 (M = Ca, Sr) and Ln2W3O12–SiO2 (Ln = La, Nd): synthesis and study of electrical transport properties

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Composite solid electrolytes based on alkaline earth tungstates MWO4–SiO2 (M = Ca, Sr) and rare earth metals Ln2W3O12–SiO2 (Ln = La, Nd) with the addition of nanodispersed silicon oxide were synthesized and their morphology, thermal, structural and electrical transport properties were studied. The absence of thermal effects on DSC of tungstates and silica mixtures as well as the absence of reflections of any foreign phases in the diffraction patterns of the composites, confirms their thermodynamic stability. The ionic nature of the composite conductivity is confirmed by the high values of ionic transfer numbers about 0.8–0.9 (EMF method) and the horizontal plot of conductivity versus oxygen pressure in the gas phase. The concentration dependence of the conductivity of the composites (1–x)MeWO4–xSiO2 (M = Ca, Sr), (1–x)Ln2W3O12–xSiO2 (Ln = La, Nd) passes through a maximum at x = 0.03–0.30 (x – mole fraction). The 0.70Nd2W3O12–0.30SiO2 composite has the best conductivity of 3.2 × 10−2 S/cm at 900°C.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. F. Guseva

Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Russian Federation, Yekaterinburg, 620002

N. N. Pestereva

Ural Federal University

Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Russian Federation, Yekaterinburg, 620002

References

  1. Phipps J.B., Whitmore D.H. // Solid State Ionics. 1983. V. 9/10. P. 123. https://doi.org/10.1016/0167-2738(83)90220-5
  2. Mateyshina Y., Slobodyuk A., Kavun V., Uvarov N. // Solid State Ionics. 2018. V. 324. P. 196. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.04.026
  3. Ponomareva V.G., Shutova E.S. // Solid State Ionics. 2005. V. 176. № 39/40. P. 2905. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2005.09.021
  4. Shigeoka H., Otomo J., Wen C.-J. et al. // J. Electrochem. Soc. 2004. 151. P. J76. https://doi.org/10.1149/1.1793192
  5. Tadanaga K., Imai K., Tatsumisago M., Minami T. // J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149. P. A773. https://doi.org/10.1149/1.1475687
  6. Ponomareva V.G., Burgina E.B., Tarnopolsky V.A., Yaroslavtsev A.B. // Mendeleev Commun. 2002. № 6. P. 2238. https://doi.org/10.1070/MC2002v012n06ABEH001667
  7. Guohua Jia, Chaoyang Tu, Jianfu Li et al. // J. Alloys Compd. 2007. V. 436. P. 341. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.07.037
  8. Yiguo Su, Liping Li, Guangshe Li // Chem. Mater. 2008. V. 20. P. 6060. https://doi.org/10.1021/cm8014435
  9. Zhiyao Hou, Chunxia Li, Jun Yang et al. // J. Mater. Chem. 2009. V. 19. P. 2737. https://doi.org/10.1039/B818810F
  10. Jinsheng Liao, Bao Qiu, Herui Wen et al. // Mater. Res. Bull. 2009. V. 44. P. 1863. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2009.05.013
  11. Pang M.L., Lin J., Yu. M. // J. Solid State Chem. 2004. V. 177. P. 2237. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2004.02.031
  12. Dong Wang, Piaoping Yang, Ziyong Cheng et al. // J. Colloid Interface Sci. 2012. V. 365. P. 320. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.09.008
  13. Peiqing Cai, Cuili Chen, Qin Lin et al. // J. Korean Phys. Soc. 2016. V. 68. №. 3. P. 443. https://doi.org/10.3938/jkps.68.443
  14. Ульянкина А.А., Царенко А.Д., Молодцова Т.А. и др. // Электрохимия. 2023. T. 59. № 12. С. 790. https://doi.org/10.31857/S0424857023120149
  15. Pestereva N., Guseva А., Vyatkin I., Lopatin D. // Solid State Ionics. 2017. V. 301. P. 72. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2017.01.009
  16. Пестерева Н.Н., Жукова А.Ю., Нейман А.Я. // Электрохимия. 2007. Т. 43. С. 1379.
  17. Григорьева. Л.Ф. Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов: Справочник. Вып. 5. Двойные системы. Ч. 4. Л.: Наука, 1988. 348 с.
  18. Rode E.Y., Balagina G.M., Ivanova M.M., Karpov V.N. // Russ. J. Inorg. Chem. 1968. V. 13. P. 762.
  19. Гусева А.Ф., Пестерева Н.Н., Отческих Д.Д., Востротина Е.Л. // Электрохимия. 2019. Т. 55. № 6. С. 721.
  20. Imanaka N., Tamura S. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 2011. V. 84. P. 353. https://doi.org/10.1246/bcsj.20100178
  21. Евдокимов А.А., Ефремов В.А., Трунов В.К. и др. Соединения редкоземельных элементов. Молибдаты, вольфраматы. М.: Наука, 1991. С. 51.
  22. Гусевa А.Ф., Пестерева Н.Н. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 426.
  23. Порай-Кошиц М.А., Атовмян Л.О. Кристаллохимия и стереохимия координационных соединений молибдена АН СССР. Ин-т хим. физики. М.: Наука, 1974. 231 с. https://doi.org/10.31857/S0044457X2260164X
  24. Neiman A.Ya., Pestereva N.N., Sharafutdinov A.R. et al. // Russ. J. Electrochem. 2005. V. 41. P. 598.
  25. Уваров Н.Ф. Композиционные твердые электролиты. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. 258 с.
  26. Улихин А.С., Новожилов Д.В., Хуснутдинов В.Р. и др. // Электрохимия. 2022. Т 58. № 7. C. 380. https://doi.org/10.31857/S0424857022070143
  27. Алексеев Д.В., Матейшина Ю.Г., Уваров Н.Ф. // Электрохимия. 2022. Т. 58. № 7. С. 394.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Concentration dependence of the effective density of the (1–x)Nd2W3O12–xSiO2 composites.

Download (38KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. XRD data for the (1–x)MWO4–xSiO2 (M = Ca (a), Sr (b)) and (1–x)Ln2W3O12–xSiO2 (Ln = La (c), Nd (d)) composites.

Download (291KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. TG-DSC results for the 0.5CaWO4–0.5SiO2 (a), 0.5SrWO4–0.5SiO2 (b), 0.5Ln2W3O12–0.5SiO2 (c) and 0.5Nd2W3O12–0.5SiO2 (d) mixtures, the mass of the 0.5CaWO4–0.5SiO2 composite (d).

Download (75KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM images and elemental composition of composites according to EDS data: 0.7CaWO4–0.3SiO2 (a), 0.75SrWO4–0.25SiO2 (b), 0.7La2W3O12–0.3SiO2 (c), 0.7Nd2W3O12–0.3SiO2 (d).

Download (779KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of electrical conductivity of pure tungstates (a) and composites 0.7MWO4–0.3SiO2 (M = Ca, Sr), 0.7Ln2W3O12–0.3SiO2 (Ln = La, Nd) (b) on the reciprocal temperature.

Download (182KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of electrical conductivity of composites (1–x)MWO4–xSiO2 and (1–x)Ln2W3O12–xSiO2 on partial pressure of oxygen in the gas phase.

Download (86KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Temperature dependence of the sum of ionic transport numbers of composites 0.75SrWO4–0.25SiO2, 0.70La2W3O12–0.30SiO2 and 0.75Nd2W3O12–0.25SiO2.

Download (57KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the relative electrical conductivity of composites (1–x)CaWO4–xSiO2 (a), (1–x)SrWO4–xSiO2 (b), (1–x)La2W3O12–xSiO2 (c) and (1–x)Nd2W3O12–xSiO2 (d) on the molar and volume fraction of SiO2 at 900°C.

Download (126KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 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».