Новые фосфаты с натрий- и калий-ионной проводимостью

Твердотельные натрий- и калий-ионные аккумуляторы сегодня рассматриваются как одно из наиболее перспективных направлений развития безопасных систем хранения энергии для электротранспорта и стационарных установок. Необходимость их исследования обусловлена тем, что на данный момент не существует неорганических ионных проводников, которые одновременно обеспечивали бы высокую ионную проводимость, низкую электронную проводимость и широкое окно электрохимической стабильности. В этой работе представлены результаты синтеза и изучения новых материалов-ионных проводников со структурами калий-титанил фосфата и лангбейнита. Впервые были получены фторидофосфаты KScPO4F и NaGaPO4F, а также фосфат NaZr2(PO4)3, синтезированного методом ионного обмена с предварительной механоактивацией. Кристаллическая структура и морфология этих материалов подробно охарактеризованы с использованием рентгеновской и электронной дифракции, а также методами электронной микроскопии. Установлено, что исследуемые соединения обладают трёхмерной системой каналов, обеспечивающих эффективную миграцию ионов щелочных металлов. Для соединения NaZr2(PO4)3 дополнительно определён отрицательный коэффициент термического расширения в интервале 25 – 500°C. Электрохимические исследования показали, что ионная проводимость данных материалов достигает ~10-6 См/см при 225 – 255°C, при этом электронная проводимость остаётся крайне низкой – до 10-12 См/см. Энергия активации составляет 0.31 эВ для KScPO4F, 0.44 эВ для NaZr2(PO4)3 и 0.67 эВ для NaGaPO4F. Полученные результаты подтверждают высокий потенциал полученных фосфатов и фторидофосфатов как твёрдых электролитов для пост-литиевых аккумуляторов.