ЛЛЗО
| Идентификаторы | |
|---|---|
3D model ( JSmol )
|
|
| Характеристики | |
| Ла 3 Ли 7 О 12 Zr 2 | |
| Молярная масса | 839.73 g·mol −1 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Оксид лития-лантана-циркония ( LLZO , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) или цирконат лития-лантана представляет собой литий -наполненный гранатовый материал, который исследуется на предмет его использования в твердотельных электролитах в технологиях батарей на основе лития. [ 1 ] [ 2 ] LLZO обладает высокой ионной проводимостью , термической и химической стабильностью к реакциям с перспективными электродными материалами, главным образом металлическим литием, что дает ему преимущество для использования в качестве электролита в твердотельных батареях . [ 3 ] LLZO обладает благоприятными характеристиками, включая доступность исходных материалов, экономическую эффективность и простоту процессов приготовления и уплотнения. Эти свойства делают этот цирконий-содержащий литий-гранат перспективным твердым электролитом для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторных батарей.
Более того, LLZO демонстрирует заметную общую проводимость, превосходя большинство других твердых литий-ионных проводников и многие литиевые гранаты. Тот факт, что общая и объемная проводимости одного порядка, делает оксид гранатового типа LLZO особенно привлекательным по сравнению с другими керамическими литий-ионными проводниками. Это говорит о том, что LLZO с его гранатоподобной структурой имеет значительные перспективы для повышения производительности твердотельных литий-ионных аккумуляторных батарей. [ 4 ]
Поскольку кислород, цирконий и лантан в LLZO жестко связаны в рамках гранатоподобной структуры, [ 5 ] их подвижность будет незначительной при рабочих температурах, и, следовательно, ионное движение происходит за счет транспорта Li + ионы.
Повышенную литий-ионную проводимость и пониженную энергию активации, наблюдаемую в LLZO по сравнению с другими литийсодержащими гранатами, можно объяснить несколькими факторами. К ним относятся расширение постоянной кубической решетки, увеличение концентрации ионов лития, уменьшение химических взаимодействий между Li + ионы и другие ионы решетки, а также улучшенное уплотнение. Даже по сравнению с проводимостью относительно нестабильного поликристаллического Li 3 N при более низких температурах, [ 6 ] LLZO демонстрирует сопоставимые показатели. Однако при повышенных температурах LLZO превосходит Li 3 N, демонстрируя более высокую общую проводимость.
LLZO имеет две стабильные фазы: тетрагональную фазу и кубическую фазу ( кубическая кристаллическая система ). Хотя тетрагональную фазу можно получить при более низких температурах синтеза, чем кубическую, последняя имеет более высокую проводимость, чем первая. [ 7 ] Обе фазы обладают одинаковым структурным каркасом, но имеется различие в распределении атомов Li, которое в основном определяет ионную проводимость LLZO: ионы Li имеют больше доступных мест для миграции в кубической фазе, чем в тетрагональной фазе. [ 8 ] Более того, кубическая фаза LLZO очень стабильна на воздухе, тогда как тетрагональная фаза подвержена фазовому переходу, происходящему на воздухе при температуре около 100–150 °C. [ 9 ]
В сообщениях прессы говорилось, что LLZO, как полагают, является электролитом, используемым QuantumScape для их твердотельных литий-металлических батарей . [ 10 ]
Японская компания Niterra работает над литий-ионной батареей следующего поколения с LLZO в качестве электролита. [ 11 ]
LLZO также использовался в качестве электролита в литий-серных батареях нового поколения . [ 12 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Йендель, Стивен Р.; Чепмен, Бенджамин Дж.; Слейтер, Питер Р.; Годдард, Пуджа (13 декабря 2018 г.). «Структура и литий-ионная динамика легированного фторидом кубического граната Li7La3Zr2O12 (LLZO) для применения в литиевых твердотельных батареях» . Журнал физической химии C. 122 (49): 27811–27819. дои : 10.1021/acs.jpcc.8b07704 . ISSN 1932-7447 . S2CID 105578102 .
- ^ Цай, Чи-Лонг; Ма, Цяньли; Деллен, Кристиан; Лобе, Сандра; Вондален, Фрэнк; Виндмюллер, Анна; Грюнер, Даниэль; Чжэн, Хао; Уленбрюк, Свен; Финстербуш, Мартин; Титц, Фрэнк (18 декабря 2018 г.). «Полностью твердотельная литиевая батарея на основе структуры граната без модификации интерфейса: решение проблем несовместимости положительных электродов» . Устойчивая энергетика и топливо . 3 (1): 280–291. дои : 10.1039/C8SE00436F . ISSN 2398-4902 . S2CID 139965509 .
- ^ Рамакумар, С.; Девианнапурани, К.; Дивья, Л.; Шанкар, Лакшми С.; Муруган, Рамасвами (01 июля 2017 г.). «Литиевые гранаты: синтез, структура, проводимость Li+, динамика Li+ и применение» . Прогресс в материаловедении . 88 : 325–411. дои : 10.1016/j.pmatsci.2017.04.007 . ISSN 0079-6425 .
- ^ Муруган, Р.; Тангадурай, В.; Веппнер, В. (2007). «Быстрая литий-ионная проводимость в гранате типа Li7La3Zr2O12» . ХимИнформ . 46 (41): 7778–7781. дои : 10.1002/anie.200701144 . ПМИД 17803180 .
- ^ Тангадурай, В.; Адамс, С.; Веппнер, В. (24 сентября 2004 г.). «Ревизия кристаллической структуры и идентификация лития». + -Пути миграции ионов в гранатоподобных оксидах Li5La3M2O12 (M: Nb, Ta) . Химия материалов . 16 (41): 2998–3006. doi : 10.1002/chin.200441007 .
- ^ Рабенау, А. (1982). «Пример использования современных методов исследования твердого тела нитрид лития и родственные ему материалы» . Ионика твердого тела . 6 (4): 277–293. дои : 10.1016/0167-2738(82)90012-1 .
- ^ Тан, Дж.; Тивари, А. (28 декабря 2011 г.). «Синтез кубической фазы электролита Li7La3Zr2O12 для твердотельных литий-ионных аккумуляторов» . Электрохимические и твердотельные буквы . 15 (3): А37–А39. дои : 10.1149/2.003203esl .
- ^ Раджу, ММ; Алтайран, Ф.; Джонсон, М.; Ван, Д.; Чжан, Ц (19 июля 2021 г.). «Кристаллическая структура и получение твердотельного электролита Li7La3Zr2O12 (LLZO) и влияние легирования на проводимость: обзор» . Электрохим . 2 (3): 390–414. doi : 10.3390/electrochem2030026 .
- ^ Гейгер, Калифорния; Алексеев Е.; Лазич, Б.; Фиш, М.; Рмбрустер, Т.; Лангнер, Р.; Фехтелькорд, М.; Ким, Н.; Петтке, Т.; Веппнер, В. (28 декабря 2010 г.). «Кристаллохимия и стабильность граната Li7La3Zr2O12: быстрого литий-ионного проводника» . Неорганическая химия . 50 (3): 1089–1097. дои : 10.1021/ic101914e . ПМИД 21188978 .
- ^ Темпл, Джеймс (08 декабря 2020 г.). «Эта сверхэнергоемкая батарея может почти удвоить запас хода электромобилей» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 8 декабря 2020 г.
- ^ «Нитерра» . Нитерра .
- ^ «Материалы для аккумуляторов и суперконденсаторов» . Американские элементы . Проверено 9 декабря 2022 г.