Solid-phase synthesis of ZnFe2O4 and electrochemical properties

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The synthesis and electrophysical properties of spinel ferrite ZnFe₂O₄ obtained by solid-phase interaction using mechanoactivation have been considered in this study. The study encompasses a comprehensive analysis of the phase composition and crystal structure, employing X-ray phase analysis, thermogravimetric analysis, and differential thermal analysis to elucidate the thermal effects and synthesis steps. Impedance spectroscopy was employed to investigate the electrophysical properties, thereby confirming the considerable impact of firing temperature on electrical conductivity. The results demonstrate that the electrical conductivity of the material increases by an order of magnitude when the firing temperature is increased up to 1000°C. This suggests the potential for the use of ZnFe2O4 as a cathode material for lithium-ion and metal-ion batteries. This work emphasises the importance of optimising synthesis conditions to achieve high performance of electrode materials.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. V. Efremov

Sakhalin State University; Institute of Industrial Problems of Ecology of the North

Author for correspondence.
Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk, 693000; Apatity, 184209

R. I. Korneikov

Sakhalin State University; Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk, 693000; Apatity, 184209

S. V. Aksenova

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity, 184209

O. E. Kravchenko

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity, 184209

O. I. Akhmetov

Sakhalin State University

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk, 693000

I. G. Tananaev

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Apatity, 184209

O. O. Shichalin

Sakhalin State University

Email: v.efremov@ksc.ru
Russian Federation, Yuzhno-Sakhalinsk, 693000

References

  1. Аренков И.А., Иванова Д.В., Жеребчикова П.Е. // Экономика, предпринимательство и право. 2023. Т. 13. № 12. С. 5963. https://doi.org/10.18334/epp.13.12.119994
  2. https://www.mordorintelligence.com/ru/industry-reports/battery-market (дата обращения 23.10.2024).
  3. Hata M., Tanaka T., Kato D. et al. // Electrochem. 2021 V. 89. Р. 223. https://doi.org/10.5796/electrochemistry.20-65151
  4. Кедринский И.А., Яковлев В.Г. Li-ионные аккумуляторы. Красноярск: Платина, 2002. 268 с.
  5. Bianchinia M., Roca-Ayatsa M., Hartmanna P. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2018. V 31. № 58. Р. 1. https://doi.org/10.1002/anie.201812472
  6. Wang Y., Shadow Huang H.-Y. // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2011. V. 1363. P. 530. https://doi.org/10.1557/opl.2011.1363
  7. Tsivadze A.Yu., Kulova T.L., Skundin A.M. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2013. V. 49. № 2. P. 145. https://doi.org/10.1134/S2070205113020081
  8. Deng S., Xue L., Li Y. et al. // J. Electrochem. Energy Convers. Storage. 2019. V. 16. Р. 031004-1. https://doi.org/10.1115/1.4042552
  9. Монаджеми М., Моллаамин Ф., Ту П.Т. и др. // Электрохимия. 2020. T. 56. № 8. С. 737. https://doi.org/10.31857/S042485702003007X
  10. Mesnier A., Manthiram A. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 47. № 12. Р. 52826. https://doi.org//10.1021/acsami.0c16648
  11. Ryu H.-H., Park G.-T., Yoon C.S. et al. // J. Mater. Chem. A. 2019. V. 31. № 7. Р. 18580. https://doi.org/10.1039/c9ta06402h
  12. Yoon C.S., Choi M.-J., Jun D.-W. et al. // Chem. Mater. 2018. № 30. Р. 1808. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b00619
  13. Kurc B. // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. № 13. Р. 5938. https://doi.org/10.20964/2018.06.46
  14. Naskar S., Deepa M. // Batteries Supercaps. 2022. V. 5. P. e202100364 https://doi.org/10.1002/batt.202100364
  15. Li S., Qin L., Li L. et al. // Mater. Today Commun. 2021. V. 27. P. 102271. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102271
  16. Liu Y., Li C., Xu J. et al. // Nano Energy. 2020. V. 67. P. 104211. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104211
  17. Blanc L.E., Kundu D., Nazar L.F. // Joule. 2020. P. 771. https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.03.002
  18. Aurbach D., Lu Z., Schechter A. et al. // Nature. 2000. V. 407. № 6805. P. 724. https://doi.org/10.1038/35037553
  19. Tang H., Tang H., Peng Z. et al. // Electrochem. Energy Rev. 2018. V. 1. № 2. P. 169. https://doi.org/org/10.1007/s41918-018-0007-y
  20. Liu S., Mao J., Pang W.K. et al. // Adv. Funct. Mater. 2021. P. 2104281. https://doi.org/10.1002/adfm.202104281
  21. Morkhova Ye.A., Kabanov A.A., Leisegang T. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1967. P. 012059. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1967/1/012059
  22. Bohra M., Alman V., Arras R. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 1286. https://doi.org/10.3390/nano11051286
  23. Blatov V.A., Shevchenko A.P., Proserpio D.M. // Cryst. Growth Des. 2014. V. 14. № 7. P. 3576. https://doi.org/10.1021/cg500498k
  24. Blatov V.A. // Crystallogr. Rev. 2004. V. 10. № 4. P. 249. https://doi.org/10.1080/08893110412331323170
  25. Korneykov R., Efremov V., Shcherbina O. et al. // Ferroelectrics. 2023. V. 615. № 1. P. 266. https://doi.org/10.1080/00150193.2023.2262652

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of ZnFe2O4 samples preparation by solid-phase method.

Download (108KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Temperature dependences of DTA and TG for ZnO-Fe2O3 reaction mixture.

Download (47KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Crystal structure of zinc ferrite ZnFe2O4.

Download (84KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. X-ray diffraction patterns of spinel ferrite ZnFe2O4 samples synthesized at temperatures of 800 (a) and 900°C (b).

Download (43KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Example of Voronoi polyhedron constructed for oxygen anion.

Download (103KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. 3D migration map of Zn2+ cation in the crystal structure of ZnFe2O4.

Download (96KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Complex impedance diagrams of ZnFe2O4 synthesized at temperatures of 800 (a), 900 (b) and 1000°C (c).

Download (59KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Equivalent substitution diagram for samples synthesized at 800 and 900°C.

Download (5KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Equivalent substitution scheme for the sample synthesized at 1000°C.

Download (6KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Temperature dependence of electrical conductivity of spinel ferrite sample synthesized at 900°C.

Download (15KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Temperature dependence of electrical conductivity of spinel ferrite sample synthesized at 1000°C.

Download (17KB)
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».