Li5Ca2-xGaxLa2Zr2O12 Katı Pil Elektrolitinin Elektronik ve Kristal Yapı Çalışması

Yıl 2018, Cilt: 2018 Sayı: 1, 51 - 59, 21.06.2018

Osman Murat Özkendir

Öz

Elektromanyetik cihaz teknolojilerindeki büyük ilerleme, daha iyi performansa sahip mobil enerji depolama cihazlarında yüksek bir talebe neden olmaktadır. Mobil enerji depolama cihazlarının teknolojik önemi nedeniyle, ülkeler Lityum iyon piller gibi cihazların depolama kapasitesini geliştirmek için her türlü çabayı ve çalışmaları desteklemektedir. Bu teknoloji ile ilgili çalışmalarda ana hedef, yüksek performans ve yüksek dayanıklılık ile taşınabilir enerji kaynaklarının eksikliğini gidermektir. Bu çalışmada, galyum dopinginin Li5Ca2-xGaxLa2Zr2O12 katı hal elektrolitlerinin performansları üzerindeki etkisi elektronik ve kristal özellikleri üzerinde incelenmiştir. Li-ion akülerinin diğer enerji kaynakları arasında en önemli avantajı, taşınabilir boyutu ile yüksek enerji depolama kapasitesine sahip olmasıdır. Ga-ikame edilmiş Li5Ca2-xGaxLa2Zr2O12 (x; 0.00, 0.05, 0.10, 0.15 ve 0.20) (LCLZO) örneklerinin kristal ve elektronik yapı özellikleri, alınan x-ışını kırınımı modelleri (XRD) ve x-ışını absorpsiyonu ince yapı spektroskopisi yöntemleri ile incelenmiştir. İkame olmayan ana malzemenin kristal yapısı "I41 / acd" uzay grubu ile tetragonal geometride belirlenmiştir. Numune için kafes parametreleri; a: 14.680 Å ve c: 18.680 Å. Bununla birlikte, LCLZO örneğindeki XRD desenlerindeki karakteristik tetragonal pikler, Ga ile ikame edilmiş örneklerde kaybolmuş olup ve yeni pikler, Ga atomları ile oluşturulan farklı bir kristal yapısını vurgulamıştır; "Li5GaO4".

Anahtar Kelimeler

Kristal Yapı, Elektronik Yapı, Li-ion Piller, Oksitler

Kaynakça

• Chen R.J., Huang M., Huang W. Z., Shen Y., Lin Y. H., Nan C. W. (2014). Effect of calcining and Al doping on structure and conductivity of Li7La3Zr2O12. Solid State Ionics 265, 7-12
• Momma K. and Izumi F. (2011) VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data. J. Appl. Crystallogr., 44, 1272-1276.
• Qin S, Zhu X., Jiang Y., Ling M., Zhu J (2018) Growth of self-textured Ga3+-substituted Li7La3Zr2O12 ceramics by solid state reaction and their significant enhancement in ionic conductivity Appl. Phys. Lett. 112, 113901
• Rettenwander D., Geiger C. A., Tribus M., Tropper P. and Amthauer G. (2014). A Synthesis and Crystal Chemical Study of the Fast Ion Conductor Li7–3xGaxLa3 Zr2O12 with x = 0.08 to 0.84. Inorg. Chem. 53 6264-6269
• Wagner R., Redhammer G. J., Rettenwander D., Tippelt G., Welzl A., Taibl S., Fleig J., Franz A., Lottermoser W. and Amthauer G. (2016-a). Fast Li-Ion-Conducting Garnet-Related Li7–3xFexLa3Zr2O12 with Uncommon I4̅3d Structure, Chem. Mater. 28 5943-5951
• Wagner R., Rettenwander D., Redhammer G. J., Tippelt G., Sabathi G., Musso M. E., Stanje B., Wilkening M., Suard E. and Amthauer G. (2016-b). Synthesis, Crystal Structure, and Stability of Cubic Li7–xLa3Zr2–xBixO12.Inorg Chem. 55 12211-12219
• Wu J.F., Chen E. Y., You Y., Liu L., Wu Y., Pang W. K., Patterson V. K. and Guo X. (2017). Garnet-type fast Li-ion conductors with high ionic conductivities for all-solid-state batteries. Applied Materials&Interface 9 1542-1552
• Zangrando M., Zacchigna M., Finazzi M., Cocco D., Rochow R., Parmigiani F. (2004). Polarized high-brilliance and high-resolution soft x-ray source at ELETTRA: the performance of beamline BACH, Review of Scientific Instruments, Vol. 75 - 31