ТРОЙНОЙ МОЛИБДАТ ТАЛЛИЯ, ЛИТИЯ И ГАФНИЯ В КАЧЕСТВЕ ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА Российский патент 2005 года по МПК C01G39/00 C01G15/00 C01G27/00 

Описание патента на изобретение RU2266870C1

Изобретение относится к материаловедению и может быть широко использовано на практике. Твердые электролиты нашли практическое применение в преобразователях информации, газоанализаторах, электролизерах, химических источниках тока. Использование твердых электролитов во многих случаях имеет существенные преимущества перед растворами или ионными расплавами. Это обусловлено прежде всего простотой и надежностью конструкционного исполнения ячеек, так как многие твердые электролиты обладают хорошими керамическими качествами. Большинство твердых электролитов обладает униполярным характером проводимости, что позволяет избежать ряда нежелательных эффектов, связанных с одновременным переносом ионов разных сортов. Обладая рядом несомненных преимуществ перед растворами и расплавами, твердые электролиты являются незаменимыми материалами при высоких температурах, все глубже внедряющихся в современную технику.

Одной из наиболее актуальных практических задач в этой области являются поиск и синтез новых соединений, обладающих удовлетворительными электрохимическими, механическими и термическими характеристиками.

Особый интерес представляют суперионные проводники (σ>10-3 Ом·см-1) с электропереносом различных ионов. Поэтому стремятся найти для этих ионов принципиально новые проводящие матрицы с ажурной структурой для беспрепятственного транспорта.

Известен твердый электролит на основе оксидов таллия, магния и циркония с общей формулой Tl5Mg0.5Zr1.5(MoO4)6 [Б.Г.Базаров, К.Н.Федоров, С.Т.Базарова, Ж.Г.Базарова. Электрофизические свойства молибдатов систем Me2MoO4-AMoO4-Zr(MoO4)2. Журнал прикл. химии. 2002, Т.75, Вып.6, с.1044-1046; Р.Ф.Клевцова, Б.Г.Базаров, Л.А.Глинская и др. Тройной молибдат таллия-магния-циркония состава Tl5Mg0,5Zr1,5(MoO4)6: синтез, кристаллическая структура, свойства. Журн. неорган, химии. 2003, Т.48, №9, с.1547-1550].

Кристаллическая структура этого тройного молибдата относится к тригональной сингонии и представляет собой трехмерный смешанный каркас, состоящий из последовательно чередующихся двух сортов тетраэдров MoO4 и октаэдров (Mg,Zr)O6, соединяющихся через общие вершины. В полостях каркаса размещаются три сорта катионов таллия, которые и являются ионами проводимости. Измеренная удельная проводимость σ при 400°С равна 7,4·10-6 Ом-1·см-1.

Недостатком указанного твердого электролита является низкая ионная проводимость.

Технический результат - получение твердого электролита с более высокой ионной проводимостью при 400°С.

Технический результат достигается тем, что твердый электролит в проводящей матрице содержит вместо молибдатов магния и циркония молибдат лития и гафния.

Твердый электролит Tl3LiHf2(MoO4)6 получен твердофазным синтезом, и его свойства являются следствием кристаллической структуры и состава этого соединения.

Тройные молибдаты состава Me3LiHf2(MoO4)6 (Me=К, Rb) изоструктурны KAl(MoO4)2 с вероятным статистическим замещением атомов Al на атомы Li и Hf в пропорции 1:2. Дифрактограмма Tl3LiHf2(MoO4)6 проиндицирована в предположении реализации у данного тройного молибдата сверхструктуры типа ромбического Kln(MoO4)2 с утроением наименьшего параметра с. Утроение с связано с упорядочением расположения Li и Hf по позициям In в кристаллической решетке Kln(MoO4)2. Утроение параметра с приводит к значительному "разрыхлению" структуры (увеличение объема элементарной ячейки) и в итоге создаются благоприятные условия для транспорта ионов проводимости. Кроме того, структура Kln(MoO4)2 каркасного типа, в котором имеются большие полости [Р.Ф.Клевцова, П.В.Клевцов. Кристаллическая структура и термическая стабильность двойного калий-индиевого молибдата Kln(MoO4)2. Кристаллография. 1971, Т.16, Вып.2, с.293-296]. По-видимому, эти условия приводят к суперионной проводимости тройного молибдата Tl3LiHf2(MoO4)6 (табл.1). Следует отметить, что катионы Li и Hf участвуют в постройке жесткого каркаса, поэтому носителями тока служат однозарядные ионы Tl+.

Таблица 1.СоставУдельная проводимость Ом-1·см-1 (400°C)СингонияПрототип Tl5Mg0,5Zr1,5(MoO4)67,4·10-6тригональнаяЗаявляемое соединение Tl3LiHf2(MoO4)62,5·10-3ромбическая

Отличительной особенностью предлагаемого твердого электролита является наличие в проводящей матрице молибдатов лития и гафния вместо молибдатов магния и циркония, способствующие повышению удельной проводимости в 103 раз. Синтез тройного молибдата Tl3LiHf2(MoO4)6 проводили следующим способом.

Пример: Смесь 3 моля молибдата таллия Tl2MoO4, 1 моль молибдата лития Li2MoO4 и 4 моля молибдата гафния Hf(MoO4)2 растирали в ступке в течение 30 мин и отжигали при ступенчатом подъеме температуры от 400° до 500°С в течение 25 ч.

Из таблицы следует, что предлагаемый состав Tl3LiHf2(MoO4)6 обладает значительно большей удельной проводимостью, что соответственно улучшает рабочие характеристики функциональных устройств на основе твердого электролита.

Использование заявляемого изобретения позволит повысить экономичность твердотельных топливных элементов, газовых и жидкостных сенсоров, миниатюрных аккумуляторов.

Похожие патенты RU2266870C1

название год авторы номер документа
ТРОЙНОЙ МОЛИБДАТ РУБИДИЯ, ЛЮТЕЦИЯ И ГАФНИЯ В КАЧЕСТВЕ ПОЛУПРОВОДНИКА 2007
  • Чимитова Ольга Доржицыреновна
  • Федоров Константин Никитич
  • Базаров Баир Гармаевич
  • Базарова Жибзема Гармаевна
RU2367054C1
Сложный молибдат натрия-висмута-циркония 2023
  • Максимова Лидия Григорьевна
  • Денисова Татьяна Александровна
RU2807408C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛИТИЯ В ГРАФИТНУЮ СПЕЛЬ ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ 2012
  • Кумар Тривикраман Прем
  • Шукла Ашок Кумар
  • Кумари Танудасс Сри Деви
  • Стефан Арул Манюэль
RU2584676C2
ВТОРИЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ СЕРООРГАНИЧЕСКИЕ/МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДА В КАЧЕСТВЕ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА 1995
  • Виско Стевен Дж.
  • Такемото Джиро Кимо
  • Чу Мей-Йинг
RU2133526C1
ФОСФАТ ЛИТИЯ-ЖЕЛЕЗА СО СТРУКТУРОЙ ОЛИВИНА И СПОСОБ ЕГО АНАЛИЗА 2009
  • Чой Сангхоон
  • Ли Йонг Тае
  • Парк Хонг-Киу
  • Парк Соо Мин
  • Кил Хио-Шик
  • Парк Чеол-Хи
RU2484009C2
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ТВЕРДЫМ ЩЕЛОЧНЫМ ИОНОПРОВОДЯЩИМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ И ВОДНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ 2010
  • Туссен Гвенаэлле
  • Стивенс Филипп
RU2521042C2
Суперконденсаторная ячейка 2016
  • Гороховский Александр Владиленович
  • Гоффман Владимир Георгиевич
  • Жуков Николай Дмитриевич
  • Митрохин Валерий Викторович
  • Скибина Юлия Сергеевна
RU2646531C1
КАТОД НА ОСНОВЕ ДВУХ ВИДОВ СОЕДИНЕНИЙ И ВКЛЮЧАЮЩАЯ ЕГО ЛИТИЕВАЯ ВТОРИЧНАЯ БАТАРЕЯ 2010
  • Чанг Сунг Киун
  • Парк Хонг-Киу
  • Парк Синянг
  • Парк Соо Мин
  • Ли Дзи Еун
RU2501125C1
ПЕРВИЧНЫЕ (НЕПЕРЕЗАРЯЖАЕМЫЕ) И ВТОРИЧНЫЕ (ПЕРЕЗАРЯЖАЕМЫЕ) БАТАРЕИ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ 2000
  • Ди Ното Вито
  • Фаури Маурицио
RU2269841C2
ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СМЕШАННЫХ ОКСИДОВ ЛИТИЯ И ЦИРКОНИЯ ПОСРЕДСТВОМ СПРЕЙ-ПИРОЛИЗА 2020
  • Шэфер, Дурду
  • Виганд, Армин
  • Альфф, Харальд
  • Таката, Рё
  • Шмидт, Франц
RU2823631C1

Реферат патента 2005 года ТРОЙНОЙ МОЛИБДАТ ТАЛЛИЯ, ЛИТИЯ И ГАФНИЯ В КАЧЕСТВЕ ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА

Изобретение относится к области материаловедения. Твердые электролиты являются незаменимыми материалами при высоких температурах для создании полностью твердотельных топливных элементов, миниатюрных аккумуляторов. Твердый электролит Tl3LiHf2(MoO4)6 получен твердофазным синтезом. Удельная проводимость полученного соединения составляет 2,5·10-3 Ом-1·см-1 (4000С). 1 табл.

Формула изобретения RU 2 266 870 C1

Тройной молибдат таллия, лития и гафния в качестве твердого электролита, отличающийся тем, что проводящая матрица содержит молибдаты лития и гафния и имеет состав Tl3LiHf2(MoO4)6.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2266870C1

БАЗАРОВ Б.Г
и др
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Журнал неорганической химии, 2003, т.48, №9, с.1547-1550.БАЗАРОВ Б.Г
и др
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Журнал неорганической химии, 2000, т.45, №9, с.1453-1456.

RU 2 266 870 C1

Авторы

Базаров Б.Г.

Балсанова Л.В.

Федоров К.Н.

Базарова Ж.Г.

Даты

2005-12-27Публикация

2004-05-24Подача