افزايش ولتاژ باتري‌‌هاي ليتيم يون آبي با استفاده از شيشه سراميك هادي يون ليتيم Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3

Voltage increase of aqueous lithium-ion batteries by Li-ion conducting Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 glass-ceramic

در اين پژوهش، شيشه سراميك هادي يون ليتيم، ليتيم آلومينيم ژرمانيوم فسفات (LAGP) با فرمول Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 به روش كوئنچ مذاب و سپس كريستاليزاسيون در دماي °C 800 به مدت 8 ساعت سنتز شد. شيشه سراميك تهيه شده با استفاده از آناليز تفرق اشعه ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM) مشخصه ­يابي شد. آناليز XRD نشان­دهنده وجود فاز غالبLiGe2(PO4)3 و فاز ناخالصي اندك GeO2 است. تصاوير FESEM نشان­دهنده دانه ­هاي مكعبي درشت و هم­اندازه LAGP هستند. همچنين، شيشه سراميك تهيه شده به عنوان غشاء محافظ در باتري­ هاي ليتيم يون آبي به منظور افزايش ولتاژ مورد استفاده قرار گرفت. باتري ساخته شده با آند گرافيت و كاتد LiMn2O4 و الكتروليت آبي نيترات ليتيم اشباع به كمك غشاء محافظ ولتاژ تخليه V 3/64 و ظرفيت تخليه mAh/gr 117 ارائه كرد كه قابل مقايسه با باتري­هاي ليتيم يون پايه آلي مي­ باشند.

In this research, a lithium ion conducting lithium aluminum germanium phosphate (LAGP) glass-ceramic with a formula of Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 was synthesized by melt-quenching method and subsequent crystallization at 850 °C for 8 h. The prepared glass-ceramic was characterized using X-ray diffraction analysis (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The XRD patterns exhibited the existence of LiGe2(PO4)3 as the dominant phase with a little impurity phase of GeO2. SEM images revealed the presence of large cubic LAGP grains. Also, the prepared glass-ceramic was used as protective membrane in aqueous lithium ion batteries for their voltage increase. The prepared batteries with graphite as anode, LiMn2O4 as cathode and saturated aqueous solution of lithium nitrate as the electrolyte with assistance of protective membrane exhibited discharge voltage of 3.64 V and discharge capacity of 117 mAh g-1, which are comparable with those in organic-based lithium ion batteries.