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. Электронную проводимость рассчитывали по формуле о . = ^ , е US где /от — ток стабилизации, A; h — толщина таблетки; U — приложенное постоянное напряжение, B; S — площадь поперечного сечения таблетки. Рассчитанное значение Oe не превышало 1,7-10 —9 См/см, что на 5 порядков ниже величины ионной проводимости. Для изучения температурной зависимости и определения энергии активации Ta-LLZ на образец наносили графитовые электроды, измерение проводили в режиме ступенчатого нагрева в интервале 2 5 -1 2 0 °C. Энергия активации Еа составляет 0,3 эВ, что согласуется с известными данными для Ta-LLZ. Выводы Исследован процесс синтеза порошков Ta-LLZ, который заключается во взаимодействии компонентов шихты, состоящей из низкоплавких кристаллогидратов (La(NO 3 ^ 6 H 2 O, ZrO(NO 3 ) 2 - 2 H 2 O, A l(NO 3 ) 3 - 9 H 2 O), Ta 2 O 5 и Li 2 CO 3 с 2 0 %-м избытком при нагревании до температуры 900 °С. Установлено, что после спекания при 900 °С в течение 4 ч наряду с кубической образуется тетрагональная модификация Ta-LLZ. При повышении температуры до 1180 °С и спекании в виде таблеток в течение 9 ч образуется однофазный хорошо окристализованный Ta-LLZ. Никаких термических эффектов, фазовых переходов и изменения массы не было обнаружено на термограмме синтезированной керамики Ta-LLZ вплоть до температуры плавления (1341 °С). Ионная проводимость составила 1 ,Ы 0 "4 См/см при комнатной температуре, а электронная не превышала 1,7^10 “9 См/см. Число переноса иона Li+ составило 0,96. Соотношение между ионной и электронной проводимостью Ta-LLZ удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалам для разработки твердотельных устройств на их основе. Плотность таблеток после спекания в течение 9 ч достигала 6 5 -6 9 % от теоретической, то есть получить таблетки с высокой плотностью не удалось. В дальнейшем планируется использовать метод искрового плазменного спекания для получения образцов Ta-LLZ с более высокой плотностью. Список источников 1. Thangadurai V., Kaack H., Weppner W. Novel fast lithium ion conduction in garnet-type LisLa3M2O12 (M = Nb, Ta) // J. Am. Ceram. Soc. 2003. Ш . 86. P. 437-440. 2. MuruganR., Thangadurai V., Weppner W. Fast lithium ion conduction in garnet-type Li7La3Zr2O12 // Angew. Chem. Int. Ed. 2007. Ш . 46. P. 7778-17781. 3. Thangadurai V., Narayanan S., Pinzaru D. Garnet-type solid-state fast Li ion conductors for Li batteries: critical review // Chem. Soc. Rev. 2014. W . 43. P. 4714-4727. 4. Synthesis and structure analysis of tetragonal Li7La3Zr2O12 with the garnet-related type structure / J. Awaka [et al.] // J. Solid State Chem. 2009. W . 182. P. 2046-2052. 5. Optimization of the preparation conditions of Li7La3Zr2O12 ceramic electrolyte for lithium power cells / E. A. Il'ina [et al.] // Russ. J. Appl. Chem. 2013. Ш . 86 (8). P. 1250-1255. 6. Rangasamy E., Wolfenstine J., Sakamoto J. The role of Al and Li concentration on the formation of cubic garnet solid electrolyte of nominal composition Li7La3Zr2O12 // Solid State Ionics. 2012. ^ l . 206. P. 28-32. 7. Shinawi H. E., Janek J. Stabilization o f cubic lithium-stuffed garnets of the type “Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ” by addition of gallium // J. Power Sources. 2013. Vоl. 225. P. 13-19. 8. Ohta S., Kobayashi T., Asaoka T. High lithium ionic conductivity in the garnet type oxide Li7-xLa3(Zr2-xNbx)O12 (x = 0-2) // J. Power Sources. 2011. W . 196. P. 3342-3345. 9. Salimkhani H., Yurum A., Gursel S. A glance at the influence of different dopant elements on Li7La3Zr2O12 garnets // Ionics. 2021. W . 27. P. 3673-3698. 10. Synergistic regulation of garnet-type Ta-doped Li 7 La 3 Zr 2 O 12 solid electrolyte by Li+ concentration and Li+ transport channel size / Y. Zhang [et al.] // Electrochim. Acta. 2019. Vоl. 296. P. 823-829. 11. Multistep sintering to synthesize fast lithium garnets / [B. Xu et al.] // J. Power Sources. 2016. Vоl. 302. P. 291-297. 12. Kunshina G. B., Ivanenko V. I., Bocharova I. V. Synthesis and study of conductivity of Al-substituted Li7La3Zr2O12 // Russ. J. Electrochem. 2019. Ш . 55 (6). P. 734-740. © Бочарова И. В., Куншина Г. В., Ефремов В. В., 2023 58