Труды КНЦ (Технические науки вып.3/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 54-59. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 54-59. Научная статья УДК 541.135.4 doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.009 СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК Ta-ЗАМЕЩЕННОГО ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА Li 7 La 3 Zr 2 Oi 2 Ирина Витальевна Бочарова1, Галина Борисовна Куншина2, Вадим Викторович Ефремов 3 1-3Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, г. Апатиты, Россия 1 i.bocharova@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0002-2421-4295 2g.kunshina@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0002-6530-7607 3v.efremov@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0003-2407-7304 Аннотация Исследован процесс синтеза порошков Ta-замещенного литийпроводящего твердого электролита номинального состава Li6,52Al0,08La3Zr1,75Ta0,25O12 (Ta-LLZ) методом плавления шихты, состоящей из низкоплавких кристаллогидратов ZrO(NO 3 ) 2 - 2 H 2 O, La(NO 3 ) 3 - 6 H 2 O и Al(NO 3 ) 3 - 9 H 2 O, с последующим твердофазным спеканием. На основе рентгенофазового и дифференциально-термического анализа установлены условия формирования монофазного Ta-LLZ кубической модификации, не содержащего непроводящих примесных фаз La 2 Zr 2 O 7 и La 2 O 3 . Методом спектроскопии электрохимического импеданса и потенциостатической хроноамперометрии определены удельная ионная (~1,1-10 -4 Смсм-1) и электронная проводимость (<1,710-9 Смсм-1). На основании изученных электрохимических характеристик Ta-LLZ является перспективным материалом для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Ключевые слова литийпроводящий твердый электролит, синтез, ионная проводимость, электрохимический импеданс Благодарности: статья выполнена при поддержке федерального бюджета по теме государственного задания Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН № FMEZ-2022-0015. Для цитирования: Бочарова, И. В. Синтез и изучение электрохимических характеристик Ta-замещенного твердого электролита Li 7 La 3 Zr 2 O 12 / И. В. Бочарова, Г. В. Куншина, В. В. Ефремов // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 54-59. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.009. Original article SYNTHESIS AND STUDY OF ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF Ta-DOPED SOLID ELECTROLYTE Li7La3Zr2Oi2 Irina V. Bocharova1, Galina B. Kunshina1, Vadim V. Efremov 3 1-3I.V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia 1 i.bocharova@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0002-2421-4295 2g.kunshina@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0002-6530-7607 3v.efremov@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0003-2407-7304 Abstract The process of synthesis of Ta-substituted lithium-conducting solid electrolyte powders with nominal composition Li6,52Al0,08La3Zr1,75Ta0,25O12 (Ta-LLZ) by melting a charge consisting of low-melting crystallohydrates ZrO(NO 3 ) 2 - 2 H 2 O, La(NO 3 ) 3 - 6 №O and Al(NO 3 ) 3 - 9 H 2 O, followed by solid-phase sintering, is investigated. On the basis of X-ray phase and differential thermal analysis, the conditions for the formation of a monophase cubic Ta-LLZ that does not contain nonconducting impurity phases La 2 Zr 2 O 7 and La 2 O 3 are established. The ionic (~1.1 1 0 -4 S cm -1) and electron conductivity (<1.7 ■10 -9 S cm-1) were determined by electrochemical impedance spectroscopy and potentiostatic chronoamperometry. Based on the studied electrochemical characteristics, Ta-LLZ is a promising material for all solid-state lithium-ion batteries. Keywords lithium-conducting solid electrolyte, synthesis, ionic conductivity, electrochemical impedance Acknowledgments: the article was prepared with the support of the federal budget topic of the state assignment for Tananaev Institute of Chemistry — Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”No. FMEZ-2022-0015. © Бочарова И. В., Куншина Г. В., Ефремов В. В., 2023 54