Транспортные свойства твердых электролитов на основе литий - проводящих фаз в системах Li2O - MO - ZrO2 (CeO2, Nb2O5) (M - Mg, Sr)

• Автор: Щелканова, Мария Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Литературный обзор

1.1 Развитие представлений о твердых электролитах

1.2. Процессы переноса заряда в ионных проводниках.

1.3 Керамика на основе литий проводящих двойных оксидов термодинамически устойчивая по отношению к литию.

1.4 Фазовые соотношения и физикохимические свойства фаз в системе

и2огто2.

1.4.1. Фазовые соотношения в системе 1л т

1.4.2 Структура и физикохимические свойства Ыг2гОз.

1.4.3 Структура и физикохимические свойства .

1.4.4 Структура и физикохимические свойства иЮ4.
1.4.5 Структура и физикохимические свойства ЫгОв
1.4.6 Твердые электролиты на основе фазы i
1.4.6.1 Система 8 Ы5А
1.4.6.2 Система ЬгОб 1л8с.
1.4.6.3 Система 8 ЫУ
1.4.6.4 Система 1л6Ве 8гб.
1.5 Транспортные свойства фаз в системе 1л 2С
1.6 Транспортные свойства фаз в системе Ы Се
1.7 Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования
2. Методики исследований.
2.1. Методика синтеза и приготовления образцов.
2.1.1. Исходные вещества
2.1.2. Методика синтеза.
2.1.3. Приготовление образцов для изучения физикохимических свойств.
2.2 Аттестация образцов
2.2.1. Рентгенофазовый анализ соединений
2.2.2. Химический анализ
2.3 Методы исследований физикохимических свойств синтезированных образцов.
2.3.1 Термический анализ
2.3.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния света.
2.3.3 Ядерный магнитный резонанс
2.3.4 Метод импедансной спектроскопии.
2.3.5 Измерение электронной составляющей проводимости.
2.3.6 Методы определения устойчивости керамики к литию
2.4 Математическая обработка результатов.
Экспериментальная часть. Результаты и обсуждения.
3. Исследование транспортных свойств соединений Ьг7, 8, 1ЛЧЬ,1лСе
3.1 Синтез соединений 1г7, 1лг, Ы7ЫЬОб, 1лСе и исследование их проводимости методом импедансной спектроскопии
3.2 Установление механизма ионного транспорта в соединениях 1лб2г7, 8,1л7МЬ, 1ЛСе с помощью методов ядерного магнитного резонанса
4. Фазовые соотношения и транспортные свойства твердых растворов в системах 1л8.2хМДг М 8г, Ва и 1л8гг1хСеОб,1л8Дг,.х1ЧЬхОб
4.1 Твердые растворы в системах 1л8.2хМх2гОб М , Бг, Ва
4.1.1 Фазовые соотношения и транспортные свойства твердых растворов в системах 1л8.2хМх7Юб М М, Бг, Ва.
4. 1.2. Сопоставление электрических характеристик и установление механизмов ионного транспорта твердых растворов в системах
i8.2xx М ,
4.2 Твердые растворы в системах i8ixx и i8.x.xx
4.2.1 Фазовые соотношения и транспортные свойства твердых растворов в системе i8i.xx
4.2.2 Фазовые соотношения и транспортные свойства твердых растворов в системе i8x.xx.
4.2.3 Сопоставление электрических характеристик и установление механизмов ионного транспорта твердых растворов в системах ii.хСех и i8.x.xx.
5. Определение практической устойчивости к литию керамики на основе синтезированных фаз и твердых растворов.
Заключение.
Выводы.
Список литературы


Публикации Материалы диссертационной работы представлены в публикациях, в том числе 3 статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и тезисах докладов на Российских и международных конференциях. Личное участие соискателя состоит в выполнении полного литературного обзора, проведении синтеза индивидуальных соединений и твердых растворов на их основе, получении экспериментальных данных по исследованию транспортных свойств электролитов, обработке и интерпретации результатов, их апробации на конференциях различного уровня, а также подготовке публикаций. В выполнении химического анализа, РФА, термического анализа, снятия КР и ЯМР спектров, принимали участие сотрудники ИВТЭ и ИФМ УрО РАН. Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, включает список цитируемой литературы из 5 ссылок. Объем диссертации составляет 7 страниц, включая рисунков и таблиц. Изучение твердых ионных проводников началось в конце г. С г. АЬОз и развитие высокоэнергоемких натрий серных источников тока основанных на них. Твердые тела, обладающие высоким уровнем ионной проводимости, в разное время назывались как быстрые ионные проводники или суперионные проводники. В нашей стране развитие представлений о твердых электролитах началось с х годов. В книге А. К. ИвановаШица 1 собрано множество материала о твердых электролитах на основе исследований зарубежных и российских ученых. А.К. ИвановШиц 1 выделяет в России следующие центры, занимающиеся проблемами электролитов в Институт электрохимии УрО РАН, Екатеринбург школа член корреспондента АН СССР С. В. Карпачева профессоров В. Н. Чеботина, М. В. Перфильева, С. Ф. Пальгуева, Е. И. Бурмакина, СПбГУ профессор А. Н. Мурин, МГУ работы академика Ю. Д. Третьякова, Институт новых химических проблем, Черноголовка проф. Е.А. Укше, д. Ю.Я. Гуревич. В последние годы активно развиваются направления, связанные с твердыми проводниками и устройствами на их основе. Развитию данных направлений способствует открытие множества новых материалов с высокой ионной проводимостью, создание лабораторных макетов полностью твердотельных ХИТ, применение новых теоретических подходов к изучению явлений ионного переноса в твердых телах и использование новых экспериментальных методик синтеза и изучения физикохимических свойств электролитов. Применение твердых электролитов в ЛХИТ обеспечивает высокую пожаро и взрывобезопасность и экологичность. Большинство кристаллических и аморфных тел при высокой температуре обладают ионной проводимостью. Согласно работе 2 твердыми электролитами будут считаться материалы, обладающие ионной проводимостью порядка 3 4 Смсм. Таким образом, для соединений может быть определена такая температурная область, где они будут электролитами. Твердые электролиты с собственным разупорядочением. Твердые электролиты с примесным разупорядочением. Твердые электролиты со структурным разупорядочением. Разупорядоченость электролитов третьей группы, присуща самой структуре соединений. Сюда относятся соединения со слоистой и туннельной структурой, в которых мобильные ионы занимают позиции между слоями, или располагаются в туннелях, проходящих вдоль какойлибо кристаллографической оси. В качестве примера твердого электролита со структурным разупорядочением можно привести соединение ЬА, проводимость в нем осуществляется путем движения ионов серебра. Аморфные твердые электролиты. Полимерные твердые электролиты. Композитные твердые электролиты. Их получают на основе материалов состоящих из мелкодисперсного соединения с ионной проводимостью и изолятора. Однако такая классификация электролитов относительна, поскольку не позволяет однозначно установить корреляции между структурой и транспортными свойствами материалов. В литературе 7 можно найти классификации твердых веществ с ионной проводимостью и по другим критериям. Таким образом, электропроводность соединений определяется двумя основополагающими величинами концентрацией носителей тока и их подвижностью. На основе работ Шоттки, Френкеля, Вагнера сформировалась теория ионной проводимости в твердых телах. В проводниках в процессах переноса заряда участвуют ионы различного сорта катионы и анионы и электроны или электронные дырки.