LISICON - LISICON

Nesmí být zaměňována s NASICON.

LISICON je akronym pro Lithium Super Jáonic OŠIDITdirigent,[1] který se týká rodiny pevných látek s chemickým vzorcem Li2 + 2xZn1 − xGeo4.

První příklad této struktury byl objeven v roce 1977 pomocí chemického vzorce Li14Zn (GeO4)4. Krystalová struktura LISICONu se skládá ze sítě [Li11Zn (GeO4)4]3- stejně jako 3 volně vázané Li+. Slabší vazby umožňují lithiovým iontům snadný přesun z místa na místo, aniž by k tomu bylo nutné rozbít silné vazby. Tato struktura také vytváří velká „úzká místa“ mezi intersticiálními pozicemi, které tyto ionty zaujímají, a navíc snižuje energii potřebnou k pohybu z místa na místo. Tyto dva faktory umožňují, aby ionty lithia rychle a snadno difundovaly strukturou. Kvůli tvaru kanálů, kterými mohou tyto lithiové ionty difundovat, jsou však omezeny na dvourozměrnou difúzi. Sloučeniny LISICON mají relativně vysokou iontovou vodivost, řádově 10−6 S / cm při 25 ° C.[2][3][4][5] LISICONY snadno reagují s lithným kovem a atmosférickými plyny, jako je CO2; v důsledku toho jejich vodivost s časem klesá.[6]

Materiály podobné LISICONU

Existují i ​​jiné pevné elektrolyty typu LISICON, které k dosažení vyšší iontové vodivosti využívají další prvky. Jeden takový materiál má chemický vzorec Li(3 + x)GeXPROTI(1-x)Ó4, kde hodnota x je mezi 0 a 1. Existují dvě složení, Li3.5Ge0.5PROTI0.5Ó4 a Li3.6Ge0.6PROTI0.4Ó4, který měl iontové vodivosti 4 * 10−5 S / cm a 10−5 S / cm, řádově zlepšení základní struktury LISICON. Tyto materiály vykazují dobrou tepelnou stabilitu a jsou stabilní při kontaktu s CO2 a okolní atmosféra, řešení některých problémů s původní strukturou.[2][7]

Existují materiály s chemickou strukturou Li(4-x)Si(1-x)PXÓ4. Jedná se o pevné řešení mezi Li4SiO4 a Li3PO4. Tento pevný roztok může být vytvářen v celém rozsahu složení při teplotě místnosti. Nejvyšší iontové vodivosti je dosaženo u složení Li3.5Si0.5P0.5Ó4 a Li3.4Si0.4P0.6s vodivostí řádově 10−6 S / cm. To vyplývá ze substituce nějakého Si4+ pro P5+ v mřížce, což má za následek přidání intersticiálních Li-iontů, které difundují mnohem snadněji.[8] Iontová vodivost se dále zlepšuje dopingem Cl− nahradit O2- v mříži. Skladby Li10.42Si1.5P1.5Cl11.92 a Li10.42Ge1.5P1.5Cl11.92 dosáhl iontové vodivosti 1,03 * 10−5 S / cm a 3,7 * 10−5 S / cm. Toto se předpokládá kvůli rozšíření „úzkých míst“ mezi intersticiálními body kvůli Cl− ionty menší velikosti a oslabení iontové vazby Li+ ionty vzniklé v důsledku nižší elektronegativity chloru.[9]

Vodivosti jsou téměř stokrát vyšší v thio-LISICONECH, kde je kyslík nahrazen sírou, tj. Odpovídající thiosilikáty.[6] Vazba mezi S2- a Li+ je slabší než mezi O2- a Li+, s ohledem na Li+ v sulfidové struktuře být mnohem normálnější než jeho oxidové protějšky. Keramické materiály thio-LISCON na bázi chemického vzorce Li(4-x)Ge(1-x)PXS4 jsou slibné elektrolytické materiály s iontovou vodivostí řádově 10−3 S / m nebo 10−2 S / m.[2]

Aplikace

LISICONY lze použít jako pevný elektrolyt na bázi lithia Baterie v pevné fázi,[2] jako je pevné skupenství nikl – lithiová baterie. Pro tuto aplikaci vyžadují pevné lithiové elektrolyty iontové vodivosti větší než 10−4 S / cm, zanedbatelná elektronická vodivost a široká škála elektrochemické stability.[2]

Reference

  1. ^ Kharton, Vladislav V. (10. července 2009). Solid State Electrochemistry I: Fundamentals, Materials and their Applications. John Wiley & Sons. str. 259–. ISBN  978-3-527-62787-5.
  2. ^ A b C d E Zheng, Feng; Kotobuki, Masashi; Song, Shufeng; Lai, Man On; Lu, Li (2018-06-15). „Recenze pevných elektrolytů pro plně lithium-iontové baterie v pevné fázi“. Journal of Power Sources. 389: 198–213. Bibcode:2018JPS ... 389..198Z. doi:10.1016 / j.jpowsour.2018.04.022. ISSN  0378-7753.
  3. ^ Hong, H. Y-P. (1978-02-01). "Krystalová struktura a iontová vodivost Li14Zn (GeO4) 4 a dalších nových superiontových vodičů Li +". Bulletin materiálového výzkumu. 13 (2): 117–124. doi:10.1016/0025-5408(78)90075-2. ISSN  0025-5408.
  4. ^ Alpen, U. v .; Bell, M. F .; Wichelhaus, W .; Cheung, K. Y .; Dudley, G. J. (01.12.1978). "Iontová vodivost Li14Zn (GeO44 (Lisicon)". Electrochimica Acta. 23 (12): 1395–1397. doi:10.1016/0013-4686(78)80023-1. ISSN  0013-4686.
  5. ^ Mazumdar, D .; Bose, D. N .; Mukherjee, M. L. (10. 10. 1984). "Transportní a dielektrické vlastnosti lisikonu". Ionika v pevné fázi. 14 (2): 143–147. doi:10.1016/0167-2738(84)90089-4. ISSN  0167-2738.
  6. ^ A b Knauth, P. (2009). "Anorganické pevné Li iontové vodiče: Přehled". Ionika v pevné fázi. 180 (14–16): 911–916. doi:10.1016 / j.ssi.2009.03.022.
  7. ^ Kuwano, J .; West, A. R. (01.11.1980). "Nové iontové vodiče Li + v systému, Li4GeO4-Li3VO4". Bulletin materiálového výzkumu. 15 (11): 1661–1667. doi:10.1016/0025-5408(80)90249-4. ISSN  0025-5408.
  8. ^ Hu, Y.-W .; Raistrick, I.D .; Huggins, R. A. (1. 8. 1977). „Iontová vodivost lithium-ortosilikátu - pevné roztoky fosforečnanu lithného“. Journal of the Electrochemical Society. 124 (8): 1240–1242. Bibcode:1977JElS..124.1240H. doi:10.1149/1.2133537. ISSN  0013-4651.
  9. ^ Song, Shufeng; Lu, Jia; Zheng, Feng; Duong, Hai M .; Lu, Li (2014-12-22). „Snadná strategie k dosažení vysokého vedení a vynikající chemické stability lithiových pevných elektrolytů“. RSC zálohy. 5 (9): 6588–6594. doi:10.1039 / C4RA11287C. ISSN  2046-2069.