Электрохимические свойства ZnFe2O4, синтезированного методом твердофазного взаимодействия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрен синтез и электрофизические свойства феррита шпинели ZnFe2O4, полученного методом твердофазного взаимодействия с использованием механоактивации. Исследование включает комплексный анализ фазового состава и кристаллической структуры с помощью рентгенофазового, термогравиметрического и дифференциально-термического анализов, что позволяет выявить термические эффекты и этапы синтеза. Импедансная спектроскопия используется для изучения электрофизических свойств, подтверждая значительное влияние температуры обжига на электрическую проводимость. Результаты показывают, что при повышении температуры обжига до 1000°C электропроводность материала увеличивается на порядок. Это открывает перспективы использования ZnFe2O4 в качестве катодного материала для литий-ионных и металл-ионных аккумуляторов. Данная работа подчеркивает важность оптимизации условий синтеза для достижения высоких характеристик электродных материалов.

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время рынок широко представлен электрохимическими устройствами хранения энергии, главными из которых являются литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) [1, 2]. К преимуществам ЛИА относятся: высокое напряжение единичного элемента – 4.2 В; удельная энергоемкость – до 270 Вт ч/кг; число циклов заряд−разряд до снижения емкости; низкий саморазряд; ток нагрузки; диапазон рабочих температур от −20 до +60°C [3, 4]. При этом к главным недостаткам ЛИА относится высокая чувствительность к температурным условиям. Они являются пожароопасными и даже взрывоопасными в определенных условиях. Другим важным недостатком является их высокая стоимость производства вследствие использования дорогих элементов, таких как литий и кобальт [5−13]. Тем не менее равнозначной альтернативы в области хранения энергии ЛИА нет. Поэтому одной из наиболее актуальных проблем является задача по созданию нового типа устройства для накопления и хранения энергии, которым может стать металл-ионный аккумулятор (МИА).

За последнее время количество поисковых работ в этом направлении значительно увеличилось [14−17]. Предполагается, что в МИА активным ионом будет являться высоковалентный катион. Одной из первых разработок в этом направлении стала работа [18] по созданию магний-ионного аккумулятора. Главными преимуществами МИА должны стать теоретически высокая емкость, низкая стоимость и повышенный уровень безопасности [14, 15]. В первую очередь связано это с тем, что катодный материал является многовалентным в отличии от систем на основе лития, что приводит к увеличению емкости систем аккумулирования энергии [19]. При этом стоимость используемых материалов в МИА существенно ниже. Составными частями МИА также являются кристаллические электроды (катод/анод) и электролит. Последние тенденции исследователей направлены на поиск и создание полностью твердотельного аккумулятора, обладающего твердым электролитом, что позволит создать эффективные и безопасные источники тока [20, 21].

К таким материалам можно отнести Zn-ферриты, а именно феррит шпинели ZnFe2O4. Являясь нестандартным керамическим материалом, ZnFe2O4 обладает исключительными характеристиками, включая химическую и термическую стабильность, а также меньшую токсичность по сравнению с другими металлическими элементами [22]. Использование феррита шпинели цинка является первым шагом на пути создания металл-ионных аккумуляторов нового типа. Данные аккумуляторы не будут содержать в себе редкие и дорогие элементы (литий, кобальт), наносящие вред окружающей среде при их добыче и утилизации и представляющие повышенную опасность для здоровья человека. Примечательно, что это соединение уже широко используется в различных областях применения, включая магнитные системы хранения данных, сеть мобильной связи 5G, технологии суперконденсаторов и устройства, предназначенные для разложения воды с получением газообразного водорода [22].

Цель работы − получение методом твердофазного взаимодействия феррита шпинели ZnFe2O4 как перспективного катодного материала и исследование его свойств в зависимости от условий синтеза.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Рентгенофазовый анализ отмытых синтезированных соединений осуществляли на многофункциональном рентгеновском дифрактометре Rigaku MiniFlex 600 (CuKα-излучение) с программным обеспечением SmartLab Studio II (Rigaku, Япония), являющимся многофункциональным прибором широкого назначения, предназначенным для проведения качественного и количественного фазового анализа поликристаллических материалов. Программное обеспечение прибора позволяет определять размер кристаллитов и уровень искажений кристаллической решетки, уточнять параметры решетки и проводить уточнение структуры материала методом Ритвельда. Для идентификации фаз использовали базы данных ICDD, PDF-4+ 2021.

Дифференциально-термические (ДТА) и термогравиметрические (ТГ) исследования проводили на установке Netzsch STA 409 PC/PG. Прибор синхронного термического анализа позволяет одновременно выполнять измерения изменения массы и тепловых эффектов при температурах от 20 до 1500°C.

Потенциальную электропроводность катионов цинка в феррите шпинели исследовали геометрико-топологическим (ГТ) методом кристаллохимического анализа с использованием программного пакета ToposPro (Blatov, Shevchenko). Это программный пакет для комплексного анализа геометрических и топологических свойств периодических структур (кристаллов, сетей, мозаик). Программное обеспечение ToposPro включает в себя систему управления базами данных и ряд прикладных программ и процедур, многие из которых реализуют уникальные алгоритмы анализа кристаллической структуры. С помощью ToposPro можно исследовать любые виды кристаллической структуры и решать многие важные задачи кристаллохимии, структурной химии и материаловедения.

Перед изучением электрохимических свойств из образцов формировали таблетки в прессформе (ЛабТулс, Россия) на гидравлическом прессе 7.11 (Сорокин, Россия) с использованием низкопрофильного тензодатчика RLC С3 (Ring Torsion Load Cell, Vishay Revere Transducers, Нидерланды) и терминала VT100 RS 232 (Vishay Revere Transducers, Нидерланды) с усилием 1 т/см2. Затем таблетки подвергали термообработке в лабораторной муфельной печи МИМП-25П.

Электрофизические характеристики исследуемого материала изучали с помощью импедансной спектроскопии с использованием высокоточного импедансного анализатора Matrix MCR-9010. Этот аналитический метод включает измерение протекания переменного электрического тока через исследуемый образец с последующим определением его комплексного сопротивления (модуль импеданса |Z|) и угол фазового сдвига φ в зависимости от частоты измерительного поля. Для нанесения электродов использовали серебряную пасту. На образцы наносили тонкое покрытие серебра, что позволило рассматривать его как плоский конденсатор. Показания комплексного импеданса (Z*) регистрировали в диапазоне частот 10–107 Гц. Полученные данные анализировали с использованием программного обеспечения EIS Spectrum Analyser (Physico-Chemical Research Institute Belarusian State University).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Создание керамики с высокими качественными характеристиками и стабильными свойствами с использованием традиционных методов керамического производства представляет собой значительные сложности. Даже незначительные изменения в ходе синтетического процесса могут существенно изменить свойства получаемых материалов. Особенно важно учитывать качество исходного сырья, так как оно влияет на особенности твердофазных реакций взаимодействия. К основным факторам, оказывающим влияние на свойства керамики, относятся: состав примесей, степень дисперсности, кристаллическая структура, однородность, химический состав и термическая обработка.

Керамические образцы изготавливали по традиционной керамической технологии, включающей в себя два отдельных этапа. Сначала исходную реакционную смесь синтезировали твердофазным методом взаимодействия, а затем спекали для получения желаемых керамических изделий. Приготовление реакционной смеси включало измельчение, дробление и тщательное перемешивание для обеспечения однородности. На этом этапе синтеза использовали только высокочистые оксид цинка и оксид железа. Использование высокочистых прекурсоров позволяет минимизировать возможные негативные эффекты. Перед взвешиванием и смешиванием исходные реагенты прокаливали для удаления влаги. Преимущество данного метода заключается в его простоте и использовании недорогих прекурсоров. Данный метод синтеза является практически безотходным, наносящим минимальное воздействие на окружающую среду. Этот метод традиционен при получении любых видов конструкционной и функциональной керамики, однако он обладает рядом недостатков. Основной недостаток – длительность термической обработки из-за достаточно крупной кристалличности и неоднородности смешения реагентов. При этом имеет место неконтролируемый рост кристаллов и, как следствие, гранулометрическая неоднородность и без того анизотропных зерен керамических материалов. Для минимизации этого негативного эффекта применяли механоактивацию исходных прекурсоров, что позволило тщательно гомогенизировать полученную смесь и свести к минимуму время прокалки. Для получения целевого продукта осуществляли смешение оксидов железа(III) и цинка(II) в необходимом мольном соотношении и проводили пробоподготовку на планетарной шаровой мельнице Активатор-2 SL механоактивационном способом. Время процесса механоактивации составило 30 мин. Температуру синтеза выбирали на основе результатов ДТА и варьировали в широком диапазоне. Схематически процесс получения соединений на основе ферритов цинка изображен на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема получения образцов ZnFe2O4 твердофазным методом.

 

На рис. 2 приведены данные ТГ- и ДТА-анализа для реакционной смеси ZnO–Fe2O3. По кривым ДТА и ТГ можно сделать вывод, что синтез феррита шпинели ZnFe2O4 протекает в одну стадию. Так, на термограмме наблюдается единственный эндотермический эффект в диапазоне температур ~198–225°С. Данный тепловой эффект связан с взаимодействием оксидов ZnO и Fe2O3, в результате происходит потеря части кислорода. Данное предположение подтверждается результатами ТГ-анализа – происходит незначительная потеря массы (0.79%). Дальнейший нагрев реакционной смеси приводит к взаимодействию оксидов и образованию целевого продукта. Так, наблюдающийся экзотермический эффект в области температур ~715–750°C, вероятно, связан с процессами кристаллизации феррита шпинели ZnFe2O4.

 

Рис. 2. Температурные зависимости ДТА и ТГ для реакционной смеси ZnO–Fe2O3.

 

Феррит шпинели имеет структуру АВ2О4 с кубическим плотноупакованным расположением ионов кислорода, с ионами А2+ и В3+ в двух разных кристаллографических точках (рис. 3). Эти точки имеют тетраэдрическую координацию кислорода АО4 и октаэдрическую координацию кислорода ВО6 (участки А и В соответственно). Соответственно, результирующие локальные симметрии обоих точек различны.

 

Рис. 3. Кристаллическая структура феррита цинка ZnFe2O4.

 

На рис. 4 представлены результаты рентгенофазового анализа для образцов феррита шпинели ZnFe2O4, синтезированных при различных температурах. При температуре синтеза 700°С монофазный продукт не образуется (рис. 4а). В образце присутствуют оксиды железа и цинка: 6% Fe2O3 и 4% ZnO. Повышение температуры до 800°С приводит к образованию целевого продукта (рис. 4б) – феррита шпинели ZnFe2O4, что соотносится с результатами ДТА. Увеличение температуры синтеза до 900°С приводит к тому, что линии рентгеновского дифракционного спектра становятся уже и лучше разрешаются (рис. 4в) по сравнению с образцом, полученным при 800°С. Результаты рентгеноструктурного анализа приведены в табл. 1. Видно, что увеличение температуры синтеза практически не приводит к изменению параметров элементарной ячейки кристаллической решетки.

 

Рис. 4. Рентгенограммы образцов феррита шпинели ZnFe2O4, синтезированных при температурах 800 (а) и 900°С (б).

 

Таблица 1. Параметры элементарной ячейки кристаллической решетки образцов ZnFe2O4, синтезированных при различных температурах

tсинт, °С

а, A

α, град

V, Å3

Пр. гр.

Rwp, %

800

8.44324

90

601.904

Fd3m

1.51

900

8.44332

90

601.922

Fd3m

1.77

1000

8.44351

90

601.962

Fd3m

1.83

 

Анализируя кристаллическую структуру, можно отметить наличие “свободного пространства” в виде полостей и каналов. Это пространство предоставляет возможность для движения ионов, что играет важную роль в ионной проводимости. С этой целью провели генетическое топологическое исследование с использованием программы ToposPro. Кристаллическое пространство делится на полиэдры Вороного–Дирехле, которые отражают геометрию расположения атомов и пустот в структуре [23]. Полиэдр Вороного–Дирехле представляет собой область кристалла, где пересекаются плоскости, находящиеся в средней точке между соседними ионами (рис. 5). Каждый ион в структуре связан с уникальным полиэдром Вороного, а общая конфигурация может быть описана набором многогранников, заполняющих кристаллическое пространство [23].

 

Рис. 5. Пример полиэдра Вороного, построенного для аниона кислорода.

 

Вершины полиэдров Вороного соответствуют местоположениям атомов и являются центроидами фундаментальных вакансий в структуре. Ребра, соединяющие эти вершины, представляют собой элементарные пути, связывающие вакансии. Вакансии и пути имеют радиусы, обозначаемые как Rsd и rchan. Rsd − радиус сферы, объем которой равен объему полиэдра Вороного, возникающего из всех расположений атомов в структуре. В то время как rchan − радиус окружности, описываемой вокруг ребра полиэдра Вороного, где атомы вдоль траектории располагаются на этой окружности. Для ионной миграции вакансии и пути должны удовлетворять следующим условиям:

RsdRsd(min), (1)

rchanrchan(min). (2)

Минимальные расстояния радиального разделения (Rsd(min)) для различных ионов представлены в справочной документации [24]. Минимальный радиус канала rchan(min) определяется как сумма ионных радиусов рабочего и окружного иона с учетом коэффициента деформации (γ):

rchan(min)=γ(rwi+renv). (3)

Полное отображение пустот и каналов в кристаллической структуре возможно при соблюдении условий (1) и (2). Если карта миграции показывает бесконечную периодичность в любом направлении − одномерном, двумерном или трехмерном – это указывает на то, что соответствующая кристаллическая структура обладает необходимыми характеристиками для обеспечения ионной проводимости.

С помощью программы ToposPro проанализировали кристаллическую структуру ZnFe2O4 (рис. 3) на наличие каналов проводимости для катиона Zn. Параметры для анализа выбирали на основе литературных данных [24]: Zn2+ (rwi = 0.83 Å), Rsd(min) = 1.20, rchan(min) = 1.60, γ = 0.80. Расчеты показали, что в кристаллической структуре феррита цинка имеются 3D-каналы проводимости для катиона Zn (рис. 6).

 

Рис. 6. 3D-карта миграции катиона Zn2+ в кристаллической структуре ZnFe2O4.

 

Исходя из результатов ГТ-анализа, были проведены электрофизические исследования синтезированных ферритов цинка ZnFe2O4 со структурой типа шпинели методом импеданс-спектроскопии. Диаграммы комплексного импеданса, полученные при комнатной температуре для данного соединения, синтезированного при различных температурах, представлены на рис. 7. Вид диаграмм для образцов, синтезированных при температурах 800 и 900°С, схож (рис. 7а, 7б), в отличии от образца, синтезированного при t = 1000°С, у которого в области низких частот полуокружность переходит в наклонную прямую (рис. 7в). Подобный вид диаграмм (рис. 7в) свойственен ионным проводникам [25], где низкочастотный релаксационный процесс характеризует возникновение двойного электрического слоя в области образец−электрод. Вероятно, для образцов, синтезированных при t = 800 и 900°С, отсутствие низкочастотного “хвоста” на диаграммах импеданса связано с тем, что они обладают гораздо большим сопротивлением (по сравнению с образцом, полученным при t = 1000°С), и подобный низкочастотный релаксационный процесс должен наблюдаться при более низких частотах. А у прибора Matrix MCR-9010 имеются технические ограничения – минимально доступная частота 10 Гц.

 

Рис. 7. Диаграммы комплексного импеданса ZnFe2O4, синтезированного при температурах 800 (а), 900 (б) и 1000°С (в).

 

С помощью программного обеспечения EIS Spectrum Analyser удалось установить, что на диаграммах комплексного импеданса для образцов, синтезированных при температурах 800 и 900°С (рис. 7а, 7б), обнаруживается два релаксационных процесса Дебаевского типа: низкочастотный и высокочастотный. Плохое разрешение данных релаксационных процессов связано с тем, что их времена релаксации близки.

Для образцов, синтезированных при температурах 800 и 900°C, схема замещения, показанная на рис. 8, была выбрана из-за ее соответствия лежащим в основе физическим механизмам и способности точно моделировать экспериментальные годографы. Использование элемента Варбурга представляется логичным выбором при рассмотрении спектральных данных, учитывая, что начальная часть высокочастотного диапазона демонстрирует линейность в пределах ограниченного интервала, что характерно для процессов, основанных на диффузии. Первая ячейка моделирует процессы, происходящие в кристаллите (индекс g), а вторая связана с межзеренными границами (индекс b). Сопротивление Rel связано с электронной проводимостью.

 

Рис. 8. Эквивалентная схема замещения для образцов, синтезированных при температурах 800 и 900°С.

 

Для феррита цинка, синтезированного при t = 1000°С, была выбрана эквивалентная схема замещения, представленная на рис. 9. Сопротивление Rel характеризует электронную электропроводность. Rct, Cct, Wct характеризуют катодный материал, CPEdl связан с возникновением двойного электрического слоя, который на диаграмме импеданса выглядит в виде наклонной прямой (рис. 9в).

 

Рис. 9. Эквивалентная схема замещения для образца, синтезированного при температуре 1000°С.

 

Полученные зависимости импеданса исследуемых образцов экстраполируются к оси реальной части импеданса, т.е. в приближении, когда частота измерительного поля стремится к 0. Для наиболее точного расчета параметров эквивалентных схем замещения использовали программное обеспечение EIS Spectrum Analyser. Результаты подобных расчетов приведены на рис. 7 в виде красной линии. На рисунках наблюдается хорошая корреляция между результатами расчетов и измеренными данными. Результаты расчетов представлены в табл. 2, 3.

 

Таблица 2. Параметры эквивалентной схемы замещения, представленной на рис. 8

tсинт, °С

Сg, Ф

Сb, Ф

Rel, Ом

Rg, Ом

Rb, Ом

Wg, Ом с–0.5

Wb, Ом с–0.5

800

8.14 ×10–12

4.12 × 10–11

350

1.5 × 107

1.98 × 107

2.62 × 108

2.14 × 108

900

5.14 × 10–12

1.56 × 10–11

600

2.54 × 106

5.71 × 106

1.75 × 108

1.74 × 108

 

Таблица 3. Параметры эквивалентной схемы замещения, представленной на рис. 9

tсинт, °С

Сct, Ф

Rel, Ом

Rct, Ом

Wct, Ом × с–0.5

СPEdl, Ф

ndl

1000

8.71 × 10–12

4.8 × 10–1

6.55 × 105

1.62 × 109

3.19 × 10–9

0.55

 

При сравнении диаграммы импеданса (рис. 7) видно, что увеличение температуры синтеза приводит к увеличению общей электропроводимости практически на два порядка. Величина общей удельной электропроводимости составляет: σ = 5.75 × 10–7, 2.42 × 10–6 и 3.05 × 10–5 См/см при tсинт = 800, 900 и 1000°С соответственно. Значения удельной электронной и ионной электропроводности приведены в табл. 4.

 

Таблица 4. Величины удельной электропроводимости феррита цинка ZnFe2O4

tсинт, °С

σel, См/см

σg, См/см

σb, См/см

800

5.7 × 10–2

1.33 × 10–6

1 × 10–6

900

3.3 × 10–2

7.9 × 10–6

3.5 × 10–6

1000

41.6

3.05 × 10–5

 

Ранее проведено исследование феррита цинка ZnFe2O4 со структурой шпинели методом теории функционала плотности [21]. Результаты квантово-химического моделирования Zn2+-ионной проводимости в данном соединении позволили установить теоретическую величину ионной электропроводимости σ = 5 × 10–6 См/см [21]. Настоящее исследование показало, что электрофизические свойства ZnFe2O4 различаются в зависимости от условий синтеза. Увеличение температуры синтеза приводит к повышению электропроводимости феррита шпинели. Например, образец, полученный при температуре 1000°C, имеет значительно более высокую удельную электропроводимость, чем теоретически ожидаемую (практически на порядок).

Проведены исследования температурной зависимости электропроводимости в практически значимом температурном диапазоне (20–65°С) для катодных материалов, результаты которых представлены на рис. 10 (tсинт = 900°С) и 11 (tсинт = 1000°С). Исследования проводили в режиме ступенчатого нагрева с последующей фиксацией и выдержкой при заданной температуре. Как видно из температурных зависимостей (рис. 10, 11), по мере возрастания температуры удельная электропроводимость уменьшается. Полученные зависимости sct(t) удовлетворяют закону Аррениуса (4):

σctt=A0expEakt, (4)

где σct – статическая удельная проводимость катодного материала, А0 – предэкспоненциальный множитель, Еа – энергия активации, имеющая смысл эффективной высоты потенциального барьера, который должен преодолеть катион для перескока из узла в вакансию, k – постоянная Больцмана, t – температура.

 

Рис. 10. Температурная зависимость электропроводимости образца феррита шпинели, синтезированного при температуре 900°С.

 

По полученным зависимостям установлены величины энергии активации носителей заряда, представленные на рис. 10 и 11. Величины энергии активации для составов, синтезированных при t = 900 и 1000°С, близки и составляют ~0.85 эВ.

 

Рис. 11. Температурная зависимость электропроводимости образца феррита шпинели, синтезированного при температуре 1000°С.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Методом твердофазного взаимодействия с использованием механоактивации синтезированы керамические образцы феррита шпинели ZnFe2O4. Установлено, что целевой продукт образуется при t ≥ 800°С. Учитывая, что способы и условия синтеза оказывают значительное влияние на физические и электрохимические свойства ZnFe2O4, в будущем планируется использовать другие методы синтеза, в частности золь-гель и искровое плазменное спекание, установить механизмы, оказывающие влияние как на структуру и физические свойства, так и на электрофизические свойства в зависимости от методов и условий синтеза.

Проведен ДТА реакционной смеси, на основании которого можно сделать вывод, что синтез феррита шпинели ZnFe2O4 протекает в одну стадию.

С помощью рентгеноструктурного анализа определены параметры элементарной ячейки кристаллической решетки.

ГТ-методом проанализирована кристаллическая структура ZnFe2O4 на наличие каналов проводимости для катиона Zn и показано, что в кристаллической структуре феррита цинка имеются 3D-каналы проводимости.

С использованием методов импедансной спектроскопии исследованы электрофизические свойства синтезированных соединений феррита цинка (ZnFe2O4), имеющих кристаллическую структуру шпинели. Полученные диаграммы импеданса показали характеристики, соответствующие характеристикам ионных проводников с удовлетворительными значениями ионной электропроводимости для катодных материалов. Определены значения удельной электронной электропроводности, ионной зеренной и ионной проводимости по межзеренным границам.

Проведенное исследование показало, что в зависимости от условий синтеза электрофизические свойства могут сильно отличаться. Увеличение температуры синтеза приводит к увеличению электропроводимости ZnFe2O4 в четыре раза. Так, образец, синтезированный при t = = 1000°С, обладает величиной удельной ионной электропроводимости, существенно превышающей теоретическую (практически на порядок).

Исследована температурная зависимость удельной электропроводимости в практически значимом температурном диапазоне для катодных материалов. Установлено, что по мере нагрева исследуемых материалов значения ионной электропроводимости снижаются. Рассчитаны величины энергии активации носителей заряда катиона цинка.

Для оценки стабильности и долговечности ZnFe₂O₄ как катодного материала в реальных условиях эксплуатации необходимо провести исследования, связанные с числом циклов заряд−разряд при различных силах тока. Это поможет установить срок службы данного электродного материала до начала процесса деструкции. Необходимы дальнейшие исследования, направленные на оценку токсичности синтезированного материала как для экосистем, так и для здоровья человека. Важно провести испытания на экологическую безопасность, включая биодоступность и потенциальное накопление в пищевых цепях. Также следует рассмотреть влияние синтезированного материала на качество почвы и воды в случае утечек. Эти исследования помогут обеспечить безопасное использование материала в МИА и снизить его негативное воздействие на окружающую среду.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена в рамках государственного задания Сахалинского государственного университета № FEFF-2024-0001.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

Об авторах

В. В. Ефремов

Сахалинский государственный университет; Институт промышленных проблем экологии Севера

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.efremov@ksc.ru
Россия, 693000, Южно-Сахалинск, пр-т Коммунистический, 33; 184209, Апатиты, Академгородок, 14а

Р. И. Корнейков

Сахалинский государственный университет; Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева

Email: v.efremov@ksc.ru
Россия, 693000, Южно-Сахалинск, пр-т Коммунистический, 33; 184209, Апатиты, Академгородок, 26а

С. В. Аксенова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева

Email: v.efremov@ksc.ru
Россия, 184209, Апатиты, Академгородок, 26а

О. Э. Кравченко

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева

Email: v.efremov@ksc.ru
Россия, 184209, Апатиты, Академгородок, 26а

О. И. Ахметов

Сахалинский государственный университет

Email: v.efremov@ksc.ru
Россия, 693000, Южно-Сахалинск, пр-т Коммунистический, 33

И. Г. Тананаев

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева

Email: v.efremov@ksc.ru
Россия, 184209, Апатиты, Академгородок, 26а

О. O. Шичалин

Сахалинский государственный университет

Email: v.efremov@ksc.ru
Россия, 693000, Южно-Сахалинск, пр-т Коммунистический, 33

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схема получения образцов ZnFe2O4 твердофазным методом.

Скачать (108KB)
3. Рис. 2. Температурные зависимости ДТА и ТГ для реакционной смеси ZnO–Fe2O3.

Скачать (47KB)
4. Рис. 3. Кристаллическая структура феррита цинка ZnFe2O4.

Скачать (84KB)
5. Рис. 4. Рентгенограммы образцов феррита шпинели ZnFe2O4, синтезированных при температурах 800 (а) и 900°С (б).

Скачать (43KB)
6. Рис. 5. Пример полиэдра Вороного, построенного для аниона кислорода.

Скачать (103KB)
7. Рис. 6. 3D-карта миграции катиона Zn2+ в кристаллической структуре ZnFe2O4.

Скачать (96KB)
8. Рис. 7. Диаграммы комплексного импеданса ZnFe2O4, синтезированного при температурах 800 (а), 900 (б) и 1000°С (в).

Скачать (59KB)
9. Рис. 8. Эквивалентная схема замещения для образцов, синтезированных при температурах 800 и 900°С.

10. Рис. 9. Эквивалентная схема замещения для образца, синтезированного при температуре 1000°С.

11. Рис. 10. Температурная зависимость электропроводимости образца феррита шпинели, синтезированного при температуре 900°С.

Скачать (15KB)
12. Рис. 11. Температурная зависимость электропроводимости образца феррита шпинели, синтезированного при температуре 1000°С.

Скачать (17KB)

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).