Композиционные твердые электролиты

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В обзоре приведено описание композиционных электролитов на основе классических солевых матричных фаз, а также показаны возможности создания композитов при использовании простых или сложнооксидых матриц, где в качестве гетерогенного допанта используют простые вещества, соли, простые и сложные оксиды. Влияние композиционного эффекта на электропроводность обсуждается с точки зрения различных теорий его количественного описания. Обобщены причины возникновения композиционного эффекта. Увеличение ионной проводимости обусловлено разупорядочением поверхностного слоя в межзеренном пространстве, аморфизацией или растеканием матричной фазы или фазы гетерогенного допанта по поверхности другой фазы вследствие различия поверхностной энергии, а также возможностью совместного проявления этих механизмов при использовании сложнооксидных эвтектических композитов с обработкой выше температуры эвтектики системы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Матвеев

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: Egor.Matveev@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Yaroslavtsev A.B. // Russ. Chem. Rev. 2016. V. 85. № 11. P. 1255. https://doi.org/10.1070/RCR4634
  2. Liang C.C. // J. Electrochem. Soc. 1973. V. 120. № 10. P. 1289. https://doi.org/10.1149/1.2403248
  3. Jain S.L., Lakeman J.B., Pointon K.D. et al. // J. Fuel Cell Sci. Technol. 2006. V. 4. № 3. P. 280. https://doi.org/10.1115/1.2743073
  4. Zhu B. // Int. J. Energy. Res. 2006. V. 30. № 11. P. 895. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/er.1195
  5. Hui R., Wang Z., Yick S. et al. // J. Power Sources. 2007. V. 172. № 2. P. 840. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.05.036
  6. Belousov V.V, Fedorov S.V. // Russ. Chem. Rev. 2012. V. 81. № 1. P. 44. https://doi.org/10.1070/RC2012v081n01ABEH004209
  7. Belousov V.V, Schelkunov V.A., Fedorov S.V et al. // Electrochem. Commun. 2012. V. 20. P. 60. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.elecom.2012.04.001
  8. Lee S., Kim M., Hwang M. et al. // Exp. Therm. Fluid. Sci. 2013. V. 49. P. 94. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.04.006
  9. Kul’Bakin I.V., Fedorov S.V., Vorob’ev A.V. et al. // Russ. J. Electrochem. 2013. V. 49. № 9. P. 982. https://doi.org/10.1134/S1023193513090085
  10. Lyskov N.V, Metlin Yu.G., Belousov V.V et al. // Solid State Ion. 2004. V. 166. № 1. P. 207. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ssi.2003.10.008
  11. Belousov V.V. // J. Mater. Sci. 2005. V. 40. № 9. P. 2361. https://doi.org/10.1007/s10853-005-1959-y
  12. Fedorov S.V, Belousov V.V, Vorobiev A.V. // J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. № 12. P. F241. https://doi.org/10.1149/1.2990701
  13. Belousov V.V, Fedorov S.V, Vorobiev A.V. // J. Electrochem. Soc. 2011. V. 158. № 6. P. B601. https://doi.org/10.1149/1.3561425
  14. Kul’bakin I.V, Fedorov S. V, Vorob’ev A. V et al. // Russ. J. Electrochem. 2013. V. 49. № 9. P. 878. https://doi.org/10.1134/S1023193513090085
  15. Yu Q., Jiang K., Yu C. et al. // Chin. Chem. Lett. 2021. V. 32. № 9. P. 2659. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2021.03.032
  16. Yao P., Yu H., Ding Z. et al. // Front. Chem. 2019. V. 7. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00522
  17. Yaroslavtsev A.B., Karavanova Yu.A., Safronova E. Yu. // Pet. Chem. 2011. V. 51. № 7. P. 473. https://doi.org/10.1134/S0965544111070140
  18. Golubenko D.V., Shaydullin R.R., Yaroslavtsev A.B. // Colloid Polym. Sci. 2019. V. 297. № 5. P. 741. https://doi.org/10.1007/s00396-019-04499-1
  19. Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2000. V. 45. № 3.
  20. Yaroslavtsev A.B. // Russ. Chem. Rev. 2016. V. 85. № 11. P. 1255. https://doi.org/10.1070/RCR4634
  21. Maier J. // Prog. Solid State Chem. 1995. V. 23. № 3. P. 171. https://doi.org/10.1016/0079-6786(95)00004-E
  22. Mateyshina Y., Alekseev D., Uvarov N. // Mater. Today Proc. 2019: pp. 373–376 https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.094
  23. Alekseev D.V., Mateyshina Y.G., Uvarov N.F. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. № 10. P. 1037. https://doi.org/10.1134/S1023193521100037
  24. Alekseev D.V., Mateyshina Y.G., Komarov V.Y. et al. // Mater. Today Proc. 2020. V. 31. №3. P. 576. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.06.522
  25. Matsui T., Kukino T., Kikuchi R. et al. // Electrochim. Acta. 2006. V. 51. № 18. P. 3719. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.10.026
  26. Muroyama H., Matsui T., Kikuchi R. et al. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 39. P. 15532. https://doi.org/10.1021/jp8043362
  27. Ponomareva V.G., Shutova E.S., Lavrova G.V. // Inorg. Mater. 2008. V. 44. № 9. P. 1009. https://doi.org/10.1134/S0020168508090185
  28. Muroyama H., Akagi T., Matsui T. et al. // Solid State Ion. 2012. V. 225. P. 663. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2012.03.037
  29. Kikuchi R., Ogawa A., Matsuoka T. et al. // Solid State Ion. 2016. V. 285. P. 160. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2015.10.008
  30. Loginov A.V., Bagavieva S.K., Aparnev A.I. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. № 3. P. 496. https://doi.org/10.1134/S1070427217030259
  31. Ulikhin A.S., Novozhilov D.V, Khusnutdinov V.R. et al. // Russ. J. Electrochem. 2022. V. 58. № 7. P. 580. https://doi.org/10.1134/S102319352207014X
  32. Kosheleva E.V, Pentin M.A., Kalinina L.A. et al. // Russ. J. Electrochem. 2017. V. 53. № 7. P. 790. https://doi.org/10.1134/S1023193517070059
  33. Pentin M.A., Ananchenko B.A., Kalinina L.A. et al. // Russ. J. Electrochem. 2019. V. 55. № 8. P. 785. https://doi.org/10.1134/S1023193519080111
  34. Pentin M.A., Kalinina L.A., Kosheleva E.V et al. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. № 8. P. 840. https://doi.org/10.1134/S1023193521070107
  35. Ushakova Yu.N., Kalinina L.A., Fominykh E.G. et al. // Russ. J. Electrochem. 2005. V. 41. № 6. P. 625. https://doi.org/10.1007/s11175-005-0115-y
  36. Ulihin A.S., Uvarov N.F., Mateyshina Y.G. et al. // Solid State Ion. 2006. V. 177. № 26-32. P. 2787. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.03.018
  37. Saito M., Nozaki Y., Tokuno H. et al. // Solid State Ion. 2009. V. 180. № 6–8. P. 575. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2008.09.009
  38. Li Z. // Electrochim. Acta. 2010. V. 55. № 24. P. 7298. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.07.006
  39. Mateyshina Y., Slobodyuk A., Kavun V. et al. // Solid State Ion. 2018. V. 324. P. 196. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.04.026
  40. Rabadanov K.S., Gafurov M.M., Kubataev Z.Y. et al. // Russ. J. Electrochem. 2019. V. 55. № 6. P. 573. https://doi.org/10.1134/s0424857019060173
  41. Luo Y., Gao H., Zhao X. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 6. P. 8387. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.045
  42. Kubataev Z.Yu., Gafurov M.M., Rabadanov K.Sh. et al. // Electrochem. Mater. and Technol. 2024. V. 3. № 1. P. 20243030. https://doi.org/10.15826/elmattech.2024.3.030
  43. Ponomareva V.G., Lavrova G.V. // Solid State Ion. 2001. V. 145. № 1–4. P. 197. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(01)00957-2
  44. Ponomareva V., Shutova E. // Solid State Ion. 2007. V. 178. № 7–10. P. 729. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2007.02.035
  45. Aparnev A.I., Loginov A.V., Uvarov N.F. et al. // Appl. Sci. 2023. V. 13. № 8. P. 5038. https://doi.org/10.3390/app13085038
  46. Lavrova G.V, Shutova E.S., Ponomareva V.G. et al. // Russ. J. Electrochem. 2013. V. 49. № 7. P. 718. https://doi.org/10.1134/S1023193513070094
  47. Mateyshina Y.G., Alekseev D. V, Khusnutdinov V.R. et al. // Mater. Today Proc. V. 12. № 1. P. 13. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.02.206
  48. Alekseev D., Khusnutdinov V., Mateyshina Y. // MATEC Web of Conferences. 2021. V. 340. P. 01038. https://doi.org/10.1051/matecconf/202134001038
  49. Stenina I.A., Kulova T.L., Skundin A.M. et al. // Mater. Res. Bull. 2016. V. 75. P. 178. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.11.050
  50. Kozlova A., Uvarov N., Ulihin A. // Mater. 2022. V. 15. № 17. https://doi.org/10.3390/ma15176079
  51. Спесивцева В.С. // Международный научный Журн. Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 6. P. 21.
  52. Alyabysheva I.V, Kochetova N.A., Matveev E.S. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2017. V. 81. № 3. P. 384. https://doi.org/10.3103/S1062873817030030
  53. Kochetova N., Alyabysheva I., Animitsa I. // Solid State Ion. 2017. V. 306. P. 118. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ssi.2017.03.021
  54. Alyabysheva I.V, Kochetova N.A., Matveev E.S. et al. // Russ. J. Electrochem. 2019. V. 55. № 8. P. 778. https://doi.org/10.1134/S1023193519080032
  55. Kochetova N.A., Alyabysheva I.V., Matveev E.S. et al. // J. of Siberian Federal University. Chem. 2023. V. 16. № 3. P. 383.
  56. Porotnikova N., Khrustov A., Farlenkov A. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. № 4. P. 6180. https://doi.org/10.1021/acsami.1c20839
  57. Koteneva E.A., Pestereva N.N., Animitsa I.E. et al. // Russ. J. Electrochem. 2017. V. 53. № 7. P. 739. https://doi.org/10.1134/S1023193517070060
  58. Guseva A.F., Pestereva N.N., Otcheskikh D.D. et al. // Russ. J. Electrochem. 2019. V. 55. № 6. P. 544. https://doi.org/10.1134/S1023193519060090
  59. Pestereva N.N., Guseva A.F., Kuznetsov D.K. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. V. 94. № 12. P. 2482. https://doi.org/10.1134/S0036024420120213
  60. Guseva A.F., Pestereva N.N., Vostrotina E.L. и др. // Russ. J. Electrochem. 2020. V. 56. № 5. P. 447. https://doi.org/10.31857/s0424857020050035
  61. Guseva, Pestereva N., Otcheskikh D. et al. // Solid State Ion. 2021. V. 364. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2021.115626
  62. Pestereva N.N., Guseva A.F., Dahle Y.A. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. № 8. P. 817. https://doi.org/10.1134/S1023193521080097
  63. Guseva A.F., Pestereva N.N., Pyrlik E.V. et al. // Inorg. Mater. 2022. V. 58. № 6. P. 612. https://doi.org/10.1134/S0020168522060036
  64. Гусева А.Ф., Пестерева Н.Н. // Журн. Неорг. Хим. 2023. Т. 68. № 3. С. 426. https://doi.org/10.31857/S0044457X2260164X
  65. Pestereva N.N., Guseva A.F., Belyatova V.A. et al. // Russ. J. Electrochem. 2023. V. 59. № 8. P. 573. https://doi.org/10.1134/S1023193523080062
  66. Guseva A.F., Pestereva N.N., Kuznetsov D.K. et al. // Russ. J. Electrochem. 2023. V. 59. № 4. P. 284. https://doi.org/10.1134/S1023193523040079
  67. Guseva A., Pestereva N., Uvarov N. // Solid State Ion. 2023. V. 394. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2023.116196
  68. Kovalenko A.N., Tugova E.A. // Nanosyst. Phys. Chem. Math. 2018. P. 641. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2018-9-5-641-662
  69. Neiman A.Ya., Pestereva N.N., Sharafutdinov A.R. et al. // Russ. J. Electrochem. 2005. V. 41. № 6. P. 598. https://doi.org/10.1007/s11175-005-0112-1
  70. Partin G.S., Pestereva N.N., Korona D.V. et al. // Russ. J. Electrochem. 2015. V. 51. № 10. P. 945. https://doi.org/10.1134/S1023193515100109
  71. Loginov A. V, Bagavieva S.K., Aparnev A.I. et al. // Russю J. Applied Chemistry 2017. V. 90. № 3. P. 496. https://doi.org/10.1134/S1070427217030259
  72. Loginov A. V, Mateyshina Yu.G., Aparnev A.I. et al. // Russian J. Appl. Chem. 2018. V. 91. № 10. P. 1660. https://doi.org/10.1134/S1070427218100130
  73. Loginov A. V, Aparnev A.I., Uvarov N.F. // Inorg. Mater. 2022. V. 58. № 4. P. 420. https://doi.org/10.1134/S0020168522040094
  74. Loginov A. V., Aparnev A.I., Uvarov N.F. // Inorg. Mater. 2022. V. 58. № 8. P. 814. https://doi.org/10.1134/S0020168522080088
  75. Uvarov N.F. // Russ. J. Electrochem. 2017. V. 53. № 7. P. 700. https://doi.org/10.1134/S1023193517070151
  76. Rey J.F.Q., Ferreira F.F., Muccillo E.N.S. // Solid State Ion. 2008. V. 179. № 21–26. P. 1029. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2007.12.007
  77. Ponomareva V.G., Bagryantseva I.N. // Phys. Solid State. 2017. V. 59. № 9. P. 1829. https://doi.org/10.1134/S1063783417090244
  78. Jow T., Wagner J.B. // J. Electrochem. Soc. 1979. V. 126. № 11. P. 1963. https://doi.org/10.1149/1.2128835/META
  79. Maier J. // J. Phys. Chem. Solids. 1985. V. 46. № 3. P. 309 https://doi.org/10.1016/0022-3697(85)90172-6
  80. Maier J. // PCCP. 1984. V. 88. № 11. P. 1057. https://doi.org/10.1002/BBPC.198400007
  81. Maier J. // Mater. Res. Bull. 1985. V. 20. № 4. P. 383. https://doi.org/10.1016/0025-5408(85)90005-4
  82. Maier J., Reichert B. // PCCP. 1986. V. 90. № 8. P. 66. https://doi.org/10.1002/BBPC.19860900809
  83. Jow T., Wagner J.B. // J. Electrochem. Soc. 1979. V. 126. № 11. P. 1963. https://doi.org/10.1149/1.2128835/META
  84. Nan C., Smith D. // Mater. Sci. Eng., B. 1991. V. 10. № 2. P. 99. https://doi.org/10.1016/0921-5107(91)90115-C
  85. Jiang S., Wagner J. // J. Phys. Chem. Solids. 1995. V. 56. № 8. P. 1113. https://doi.org/10.1016/0022-3697(95)00026-7
  86. McLachlan D.S., Blaszkiewicz M., Newnham R.E. // J. Am. Ceram. Soc. 1990. V. 73. № 8. P. 2187. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1990.tb07576.x
  87. Kirkpatrick S. // Rev. Mod. Phys. 1973. V. 45. № 4. P. 574. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.45.574
  88. Шкловский Б.И. // Успехи физических наук. 1975. Т. 117. № 11. С. 401.
  89. Нетушил А.В. // Электричество. 1975. № 10. С. 1.
  90. Bánhegyi G. // Colloid. Polym. Sci. 1986. V. 264. № 12. P. 1030. https://doi.org/10.1007/BF01410321
  91. Newnham R.E. // Ferroelectr. 1986. V. 68. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1080/00150198608238734
  92. Nan C.W. // Prog. Mater. Sci. 1993. V. 37. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/0079-6425(93)90004-5
  93. Roman H.E., Bunde A., Dieterich W. // Phys. Rev. B. 1986. V. 34. № 5. P. 3439. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.34.3439
  94. Dieterich W., Dürr O., Pendzig P. et al. // Phys. A: Stat. Mech. Appl. 1999. V. 266. № 1–4. P. 229. https://doi.org/10.1016/S0378-4371(98)00597-4
  95. Bunde A. // Solid State Ion. 1995. V. 75. P. 147. https://doi.org/10.1016/0167-2738(94)00146-J
  96. Uvarov N.F. // Dokl. Phys. Chem. 1997. V. 353. № 1. P. 116.
  97. Uvarov N.F. // Solid State Ion. 2000. V. 136–137. P. 1267. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00585-3
  98. Uvarov N.F. // Solid State Ion. 2017. V. 302. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2016.11.021

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Концентрационная зависимость относительной электропроводности образцов в системе (1–x)A·xCНД (A = AgI, LiClO4) [22–24]. График сделан автором обзора на основании данных публикаций [22–24]

Скачать (318KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрационные зависимости относительной электропроводности композитов в системах на основе солей CsH2PO4 [27] и LiTi2(PO4)3/LiClO4 [31]. График сделан автором обзора на основании данных публикаций [27, 31]

Скачать (294KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Концентрационные зависимости относительной электропроводности образцов в композиционных системах на основе MLn2S4 (M = Ba, Ca; Ln = Y, Sm, Yb) [32–34]. График сделан автором обзора на основании данных публикаций [32–34]

Скачать (223KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Концентрационные зависимости относительной электропроводности для образцов в системах CsH2PO4 – SrZrO3 [46], CsNO2 – MgAl2O4 [47] и LiClO4 – MgAl2O4 [48]. График сделан автором обзора на основании данных публикации [46–48]

Скачать (417KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Концентрационные зависимости общей электропроводности образцов в системе Ba2In2O5–Ba2InTaO6 [53], полученные в атмосфере воздуха с различной влажностью. График сделан автором обзора на основании данных публикации [53]

Скачать (238KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Концентрационная зависимость относительной объемной электропроводности образцов в системе La2Mo2O9–La2Mo3O12 [56]. График сделан автором обзора на основании данных публикации [56]

Скачать (289KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схема микроструктурных особенностей композитов в системах c растеканием фазы соли по другой фазе

Скачать (507KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Схема микроструктурных особенностей композитов в системах с образованием новой высокопроводящей фазы, отличной по составу от исходных фаз

Скачать (419KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Схема микроструктурных особенностей композитов в системах с образованием кристаллических разупорядоченных фаз при кристаллизации эвтектики с размером зерен субмикронного размера

Скачать (504KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024