ساخت شيشه - سراميك هادي يوم ليتيوم با هدايت يوني بالا براي ساخت باتري هاي ليتيوم - اكسيژن و يون - ليتيوم تمام جامد

در اين تحقيق غشاي شيشه-سراميك جديد با ساختار نوع NASICON و فرمول كلي (Li1+x+yAlxCryGe2-x-y(PO4)3، x+y=0/5) با روش سرد سازي سريع شيشه مذاب و تبديل به شيشه-سراميك از طريق عمليات حرارتي، سنتز شده است و اثر اضافه نمودن غلظت هاي متفاوتي از عناصر آلومينيوم و كروم به ساختار LiGe2(PO4)3 جهت بهبود هدايت يوني مورد بررسي قرار گرفت. جايگزيني جزيي يون هاي Ge4+ موجود در ساختار NASICON با يون هاي Al3+ و Cr3+ منجر به القاي مقادير بيشتري از يون هاي Li+ در سايت هاي خالي A2 جهت موازنه بار و همچنين تغيير در پارامترهاي شبكه كريستال مي شود. اين دو عامل باعث افزايش هدايت يوني شيشه-سراميك سنتز شده، گرديد. مشخصه يابي و بررسي ساختارهاي آمورف و كريستاله در اين تحقيق باروش هاي پراش اشعه ايكس (XRD)، تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDX)، گرماسنجي پويشي تفاضلي (DSC) و طيف سنجي امپدانس مختلط (CIS) انجام گرفت. بيشترين هدايت يوني برابر با 8/82Í10-3 S/cm براي نمونه با x=0/4 و y=0/1، (Li1/5Al0/4Cr0/1Ge1/5(PO4)3) كه در دماي oC 850 براي مدت 8 ساعت كريستاله گرديد، حاصل شد. اين نمونه همچنين كمترين انرژي اكتيواسيون معادل با eV 267/0 را از خود نشان داد.

In this research, new lithium ion conductor glass-ceramics with NASICON-type structure (Li1+x+yAlxCryGe2-x-y (PO4)3, x+y=0.5) were synthesized using melt-quenching method and converted to glass-ceramics through heat treatment. Influence of addition of different concentrations of aluminum and chromium in LiGe2(PO4)3 glass-ceramic was investigated for ionic conduction improvement. Substitution of Ge4+ ions in NASICON structure by Al3+ and Cr3+ ions induced more Li+ ions in A2 vacant sites to obtain charge balance and also changed the unit cell parameters. These two factors led to ionic conductivity improvement of synthesized glass-ceramics. The glass-ceramics were characterized and the amorth structures were investigated by X-ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Energy-Dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Complex Impedance Spectroscopy (CIS). The highest lithium ion conductivity of 8.82×10-3 S/cm was obtained for x=0.4 and y=0.1 (Li1.5Al0.4Cr0.1Ge1.5(PO4)3) crystallized at 850 oC for 8 h with minimum activation energy of 0.267 eV.