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Erschienen in: Journal of Materials Science 25/2022

06.06.2022 | Energy materials

Enhancing Na-ion conducting capacity of NASICON ceramic electrolyte Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 by NaF sintering aid

verfasst von: Limin Liu, Dongshi Liang, Xiaoliang Zhou, Yujian Liu, Jiawen Su, Yao Xu, Jinsong Peng

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 25/2022

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Abstract

NASICON-type material Na1+xZr2SixP3−xO12 (0 ≤ x ≤ 3) is considered to be one of the most promising solid-state electrolytes that can be applied in all-solid-state sodium batteries (SSNBs). However, further increasing the ionic conductivity of Na1+xZr2SixP3−xO12 (0 ≤ x ≤ 3) to obtain higher performance electrolyte materials is still a challenge for its practical application. Herein, the Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 (NZSP) powder is prepared by the solution-assisted solid-state reaction (SA-SSR), and solid-state electrolytes with excellent electrochemical properties are obtained by doping with NaF as a sintering aid. With the increase of NaF doping, the crystal structure of NZSP is changed as well as a slight excess of Na+ may increase the bottleneck size of the crystal, so that it enhances the migration ability of Na+ in the crystal. Also, NaF as a sintering aid lowers the sintering temperature, increases the densities and improves the effective contact between crystals, which reduces the grain boundary impedance of NZSP. However, the excessive NaF dopant leads to the generation of microcracks decreasing the Na+ conducting and mechanical properties of solid-state electrolytes. Using this simple and low-cost strategy of NaF doping, NZSP-0.3NaF achieves an excellent conductivity of 4.98 mS cm−1 with unexpectedly low activation energy of 0.227 eV. Therefore, this composition is one of the few electrolytes with high conductivity reported so far and is a competitive option for solid-state sodium batteries.

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Literatur
25.
Zurück zum Zitat Nakamura O, Saito Y, Kodama M, Yamamoto Y (1996) Titanium ion substitution ranges for zirconium ion in the Na1+xZr2SixP3-xO12 system. Solid State Ion 89:159–164CrossRef Nakamura O, Saito Y, Kodama M, Yamamoto Y (1996) Titanium ion substitution ranges for zirconium ion in the Na1+xZr2SixP3-xO12 system. Solid State Ion 89:159–164CrossRef
Metadaten
Titel
Enhancing Na-ion conducting capacity of NASICON ceramic electrolyte Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 by NaF sintering aid
verfasst von
Limin Liu
Dongshi Liang
Xiaoliang Zhou
Yujian Liu
Jiawen Su
Yao Xu
Jinsong Peng
Publikationsdatum
06.06.2022
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 25/2022
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-022-07332-3

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