Investigation of the Correlation between Structure, Elemental Composition, and Charge Carriers’ Transport in Li+, Vo Solid Electrolytes

• Main Author: Šalkus, Tomas
• Other Authors: Banys, Jūras
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Lithuanian Academic Libraries Network (LABT) 2009
• Subjects: Materials Engineering; Solid electrolytes; Ionic conductivity; Ceramics; Kietieji elektrolitai; Joninis laidis; Keramikos
• Online Access: http://vddb.library.lt/fedora/get/LT-eLABa-0001:E.02~2009~D_20090526_111250-04091/DS.005.1.01.ETD

The influence of the structure and elemental composition of lithium ions’ and oxygen vacancies’ (Vo) solid electrolytes (SE) on their electrical properties are investigated in the dissertation. The technological conditions of SE ceramics’ and films’ fabrication, which influence their microstructure, are described. The results of the investigation of the surfaces, temperature stability, and electrical properties are presented. Li+ SE belong to monoclinic, orthorhombic, or rhombohedral symmetries. The microstructure of the ceramics is mainly influenced by the temperature of their sintering. It has been shown by XPS that LiCe2/3PO4 ceramic is Li+-ion conductor. Complex impedance spectroscopy investigation showed that the increase of x in the systems Li1+xScxZr2-x(PO4)3, Li1+xZr2-2xAlxTix(PO4)3, and Li1+xGe2-2xAlxTix(PO4)3 (where x = 0.1, 0.2, 0.3) leads to the increase of bulk ionic conductivity of the ceramics and to the decrease of its activation energy. Phase transition temperature in Li3Sc2–xBx(PO4)3 compounds depends on x. The anomalies of temperature dependencies of bulk conductivity of Li3-xSc2-x-yYyZrx(PO4)3 system were observed when x = 0.1, y = 0, 0.1. The anomalies are related to superionic phase transitions in the materials, but no phase transitions have been detected for x = 0.2 compound in the studied temperature range. Ionic conductivity and its activation energy of YSZ thick films prepared by magnetron sputtering depend on their preparation’s technological... [to full text] === Disertacijoje yra nagrinėjama, kokią įtaką ličio katijonų ir deguonies vakansijų (Vo) kietųjų elektrolitų elektrinėms savybėms daro jų struktūra ir elementinė sudėtis. Darbe yra aprašomos technologinės superjoninių junginių (SJ) keramikų ir sluoksnių gamybos sąlygos, lemiančios jų mikrostruktūrą, bei pateikiami SJ paviršių, temperatūrinio stabilumo ir elektrinių savybių tyrimo rezultatai. Li+ SJ priklauso monoklininei, ortorombinei arba romboedrinei singonijoms. Keramikų mikrostruktūra labiausiai priklauso nuo jų kepinimo temperatūros. LiCe2/3PO4 keramiką paveikus elektriniu lauku, XPS buvo parodyta, kad šioje medžiagoje vyksta Li+ jonų pernaša. Kompleksinės varžos spektroskopijos tyrimai parodė, kad sistemose Li1+xScxZr2-x(PO4)3, Li1+xZr2-2xAlxTix(PO4)3 ir Li1+xGe2-2xAlxTix(PO4)3 (čia x = 0,1, 0,2, 0,3), didinant x, didėja kristalitiniai keramikų laidžiai, o jų aktyvacijos energijos mažėja. Li3Sc2–xBx(PO4)3 junginiuose vykstančio superjoninio fazinio virsmo temperatūra priklauso nuo x. Li3-xSc2-x-yYyZrx(PO4)3 sistemoje kai x = 0,1, y = 0, 0,1 temperatūrinėse kristalitinio laidžio prieklausose yra stebimos anomalijos, susijusios su superjoniniais faziniais virsmais šiose medžiagose, o kai x = 0,2 tirtame temperatūrų intervale faziniai virsmai nevyksta. Magnetroninio dulkinimo metodu suformuotų YSZ storųjų sluoksnių joninis laidis ir šio laidžio aktyvacijos energija priklauso nuo jų paruošimo technologinių sąlygų. Didinant NiO-CGO sluoksnių, suformuotų purškimo pirolizės... [toliau žr. visą tekstą]