Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі
В роботі проведено порівняння параметрів кристалічної структури зразків модифікованої літій-марганцевої шпінелі, синтезованих різними методами. Встановлено, що при використанні золь-гель методу утворення однофазної шпінелі спостерігається за температури 873 К, а керамічного методу — при 1473 К. Досл...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2014
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108499 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі / І.М. Гасюк, А.М. Бойчук, Т.Я. Бойчук, І.П. Яремій, Л.С. Кайкан, В.В. Угорчук // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 4. — С. 535-541. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859673885113319424 |
|---|---|
| author | Гасюк, І.М. Бойчук, А.М. Бойчук, Т.Я. Яремій, І.П. Кайкан, Л.С. Угорчук, В.В. |
| author_facet | Гасюк, І.М. Бойчук, А.М. Бойчук, Т.Я. Яремій, І.П. Кайкан, Л.С. Угорчук, В.В. |
| citation_txt | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі / І.М. Гасюк, А.М. Бойчук, Т.Я. Бойчук, І.П. Яремій, Л.С. Кайкан, В.В. Угорчук // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 4. — С. 535-541. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | В роботі проведено порівняння параметрів кристалічної структури зразків модифікованої літій-марганцевої шпінелі, синтезованих різними методами. Встановлено, що при використанні золь-гель методу утворення однофазної шпінелі спостерігається за температури 873 К, а керамічного методу — при 1473 К. Досліджено вплив умов термічної обробки та вмісту заліза в зразках на параметри кристалічної гратки та розподіл катіонів за підгратками шпінельної фази.
В работе проведено сравнение параметров кристаллической структуры образцов модифицированной литий-марганцевой шпинели, синтезованных разными методами. Установлено, что при использовании золь-гель метода образования однофазной шпинели наблюдается за температуры 873 К, а керамического метода — при 1473 К. Исследовано влияния условий синтеза и содержания железа в образцах на параметры кристаллической решетки и распределение катионов по подрешеткам шпинельной фазы.
At this work are carried the comparison of the crystal structures of samples of modified lithium manganese spinel, synthesized by various methods. It was established, that the using of sol-gel method of formation of single phase spinel is observed at a temperature of 873 K, and with the using of the ceramic methods observed at 1473 K. The influence of heat treatment conditions and the iron content in the samples of the crystal lattice and the distribution of cations on sublattices spinel phase have been found.
|
| first_indexed | 2025-11-30T14:39:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Гайсюк І. М., Бойчук А. М., Бойчук Т. Я., Яремій І. П., Кайкан Л. С., Угорчук В. В., 2014 © 535
УДК 537.216
ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ НА СТРУКТУРУ Fe-ЗАМІЩЕНОЇ
ЛІТІЙ-МАРГАНЦЕВОЇ ШПІНЕЛІ
І. М. Гасюк1, А. М. Бойчук1, Т. Я. Бойчук1, І. П. Яремій1,
Л. С. Кайкан2, В. В. Угорчук2
1ДВНЗ «Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника»,
Івано-Франківськ, Україна,
2Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,
Київ, Україна
Надійшла до редакції 04.12.2014
В роботі проведено порівняння параметрів кристалічної структури зразків модифікованої лі тій-
марганцевої шпінелі, синтезованих різними методами. Встановлено, що при використанні золь-
гель методу утворення однофазної шпінелі спостерігається за температури 873 К, а ке рамічного
методу — при 1473 К. Досліджено вплив умов термічної обробки та вмісту заліза в зразках на
параметри кристалічної гратки та розподіл катіонів за підгратками шпінельної фази.
Ключові слова: шпінель, катіонне заміщення, область когерентного розсіювання, катіонний
роз поділ.
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НА СТРУКТУРУ Fe-ЗАМЕЩЕННОЙ
ЛИТИЙ-МАРГАНЦЕВОЙ ШПИНЕЛИ
И. М. Гасюк, А. М. Бойчук, Т. Я. Бойчук, И. П. Яремий,
Л. С. Кайкан, В. В. Угорчук
В работе проведено сравнение параметров кристаллической структуры образцов модифициро-
ванной литий-марганцевой шпинели, синтезованных разными методами. Установлено, что при
ис пользовании золь-гель метода образования однофазной шпинели наблюдается за температуры
873 К, а керамического метода — при 1473 К. Исследовано влияния условий синтеза и содержа-
ния железа в образцах на параметры кристалической решетки и распределение катионов по под-
ре шеткам шпинельной фазы.
Ключевые слова: шпинель, катионное замещение, область когерентного рассеяния, катион-
ное распределение.
THE EFFECT OF SYNTHESIS CONDITIONS ON THE STRUCTURE OF
Fe-SUBSTITUTED LITHIUM MANGANESE SPINEL
I. M. Gasyuk, A. M. Boychuk, T. Ya. Boychuk, I. P. Yaremiy,
L. S. Kaykan, V. V. Uhorchuk
At this work are carried the comparison of the crystal structures of samples of modified lithium man-
ganese spinel, synthesized by various methods. It was established, that the using of sol-gel method of
for mation of single phase spinel is observed at a temperature of 873 K, and with the using of the ce-
ramic methods observed at 1473 K. The influence of heat treatment conditions and the iron content in
the samples of the crystal lattice and the distribution of cations on sublattices spinel phase have been
fo und.
Keywords: spinel, cation substitution, coherent scattering region, cation distribution.
ВСТУП
Створення потужних та високоємнісних літі-
євих джерел струму (ЛДС) циклічного типу
роботи є важливим напрямком сучасного
матеріалознавства, який стимулює не тіль-
ки пошук нових матеріалів для електродів
ЛДС, а й розвиток технологічних аспектів їх
побудови. Катодна підсистема ЛДС сьогодні
залишається найбільш цікавою з точки зору
вивчення її фізико-хімічних властивостей,
які визначають придатність до інтеркаля-
ції — деінтеркаляції іонів літію у структуру,
формування якої, перш за все, визначається
способом та умовами синтезу.
У випадку використання як основи ка тод -
ної композиції шпінельних сполук [1—3], тра-
диційний керамічний метод син те зу дозволяє
отримати монофазні системи, варіюючи тем-
пературою та способом охо лодження як пара-
метри кристалічної гратки, так і морфологію
ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ НА СТРУКТУРУ Fe-ЗАМІЩЕНОЇ ЛІТІЙ-МАРГАНЦЕВОЇ ШПІНЕЛІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4536
отриманих порошків. Проте, висока темпера-
тура остаточного спікання приводить до ут-
ворення кристалітів мікронного розміру [4],
а використання вихідних прекурсорів для
син тезу різної дисперсності в принципі не
до зволяє отримати монодисперсну шпінель.
Публікації останніх років показують,
що більш раціональним є золь-гель синтез
[5—8]. Його беззаперечними перевагами
пе ред керамічним методом є енергоощад-
ність, зумовлена істотно нижчою температу-
рою остаточного відпалу та невеликий
роз кид за розмірами утворених частинок.
Крім того, забезпечується високий рівень
сте хіометрії за рахунок відсутності втра-
ти літію та кисню при низьких температу-
рах відпалу. Джерела струму з катодом на
ос нові нанорозмірних матеріалів можуть
пра цювати в режимі високих значень робо-
чих струмів, що зумовлено великою пло-
щею контакту на межі електрод-електроліт
та значним вкладом розвиненої поверхні в
процеси накопичення іонів літію [9—11].
В роботі проведено порівняння структур-
них параметрів зразків літій марганцевої
шпі нелі, заміщеної залізом, отриманих кера-
мічним та золь-гель методом синтезу.
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Зразки серії 1 марганцевих оксошпінелей
загального складу LiMn2–yFeуO4(у = 0,1; 0,5;
1,0) синтезовані за стандартною кераміч-
ною технологією. Вихідними матеріала-
ми були оксиди Fe2O3, MnO2 та гідроксид
LiOH марки ЧДА. Після помолу протягом
2 годин в кульовому млині формувалась
шихта, яка попередньо відпалювалась про-
гом 5 годин за температури 873 К. Частко-
во феритизовані брикети знову піддавалися
помолу (сухому), отриманий порошок змі-
шувався з пластифікатором (10 %-й розчин
по лівінілового спирту). Далі суміш прохо-
дила додаткову гомогенізацію в процесі
пе ретирання через калібровочну сітку з ді-
а метром комірок 0,5 мм. З отриманої маси
пре сувались зразки у вигляді таблеток ді-
аметром 16 мм і висотою 2 мм при тиску
50 МПа. Отримані таким способом вироби
ос таточно спікалися в печі при температурі
1473 К протягом 6 годин.
Золь-гель синтез нанодисперсних по-
рошків LiMn2–yFeуO4 відбувався за наступ-
ною про цедурою. Спочатку отримувались
0,2 М розчини прекурсорів LiNO3·3H2O,
Mn(NO3)3·6H2O та Fe(NO3)3·9H2O, розрахо-, розрахо-
ваних в стехіометричному співвідношенні, в
дистильованій воді при температурі 333 К.
Розчини змішувались шляхом покрапельно-
го додавання з одночасним перемішуванням
в магнітній мішалці. До отриманого колої-
ду додавався аміак для досягнення рівня
pH = 4, після чого його поміщали в термо-= 4, після чого його поміщали в термо-
стат для висушування і формування золю, а
потім гелю при температурі 333 К. Далі про-
водився відпал останнього при різних тем-
пературах 673, 873 та 1073 К.
Для визначення структури та фазово-
го складу отримані зразки досліджувались
рент генівським дифракційним методом при
кім натній температурі з допомогою диф-
рактометра ДРОН 3 в хромовому (кераміч-
ні зразки) та мідному (золь-гель системи)
випромінюванні. Обробка рентгенівських
диф рактограм здійснювалася за допомогою
комп’ютерної програми FullProf.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Експериментальні рентгенівські дифракто-
грами полікристалічних зразків системи Li-
Mn-Fe-O, синтезованої керамічним методом
представлені на рис. 1.
Введення найменшої кількості заліза
при водить до утворення гетеро фазної сис-
теми, в якій основною фазою (≈93 %) є фаза
шпінелі (просторова група Fd3m), а також
присутня фаза оксиду марганцю, який ви-
користовувався нами при синтезі (рис. 1,
а). Зразки з ступенями заміщення у = 0,5; та
у = 1,0 ідентифіковані як монофазні шпі-
нельні структури (рис. 1, б, в). Основні па- Основні па-і па- па-
раметри уточнення структури представлени
в табл. 1. Залежність параметра гратки від
ступеня заміщення залізом представлена на
рис. 2.
Пояснення такого ефекту можна отрима-
ти при розгляді найбільш ймовірного роз-
поділу катіонів за підгратками шпінельної
фази, що розрахований за повнопрофільним
аналізом дифрактограм у середовищі Full-Full-
Proff (табл. 2).
І. М. ГАСЮК, А. М. БОЙЧУК, Т. Я. БОЙЧУК, І. П. ЯРЕМІЙ, Л. С. КАЙКАН, В. В. УГОРЧУК
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4 537
Локалізація заліза при низьких дозах за-
мі щення переважно в октаедричних позиці-
ях шпінельної фази приводить до деформа-
ції відповідної підгратки, в тому числі і за
ра хунок утворення іонів Fe2+, що показано в
попе редніх роботах [12]. В системі LiMnFeO4
деформована як окта-, так і тетрапідгратки,
що приводить до найбільших значень ста-
лої гратки. В цьому випадку говорити про
дво валентне залізо в тетраскоординованих
по зиціях не варто через низьку ймовірність
займати маленькі за розмірами тетрапустоти
іонами з великим радіусом.
Золь-гель синтез нанодисперсних по рош-
ків шпінелі проводився з різною кінцевою
тем пературою відпалу, що дозволило вста-
но вити вплив температурного фактору на
стру к турні параметри отриманих матеріалів.
Вибір температури відпалу проводився на
ос нові аналізу дериватограм, зображених на
рис. 3.
41000
(1
11
)
(1
11
) β
(3
11
) β
(4
00
) β
(5
31
) β (4
40
) (4
00
)
(3
31
)
(3
33
) (
51
1)
(3
11
)
(2
22
)
(2
20
)
36000
31000
26000
21000
In
te
ns
ity
(a
. n
.)
16000
11000
6000
1000
18 28 38 48 58 68 78 88 98 108 118
2θ (°)
а б
56000
(1
11
)
(1
11
) β
(3
11
) β
(4
00
) β
(5
31
) β
(5
31
)
(4
40
) (4
00
)
(3
31
)
(3
33
)
(5
11
) β
(5
11
)
(3
11
)
(2
22
)
(2
20
) β
(2
20
)
49000
42000
35000
28000
In
te
ns
ity
(a
. n
.)
21000
14000
7000
0
17 27 37 47 57 67 77 87 97 107 117
2θ (°)
22000
(1
11
)
(1
11
) β
(3
11
) β
(4
00
) β
(5
11
) β
(5
11
)
(4
22
) (4
40
) (4
00
)
(3
31
) (3
33
)
(3
11
)
(2
22
)
(2
20
) β
(2
20
)
19000
16000
13000
10000
In
te
ns
ity
(a
. n
.)
7000
4000
16 26 36 46 56 66 76 86 96 106 116
2θ (°)
в
Рис. 1. Дифрактограми зразків LiMn1,9Fe0,1O4 (а), LiMn1,5Fe0,5O4 (б) та LiMnFeO4 (в)
Таблиця 1
Основні параметри уточнення структури зразків
шпінелі LiMn2-yFeуO4 (для одної елементарної комірки)
Атом Позиція
Координати атома Заселеність R-фактор
x y z y = 0,1 y = 0,5 y = 1,0 y = 0,1 y = 0,5 y = 1,0
Li 8a (тетра) 0,1250 0,1250 0,1250 7,84 8 5,6
10,6 10,1 10,9
Li 16d (окта) 0,5000 0,5000 0,5000 0,16 0 2,4
Mn 8a (тетра) 0,1250 0,1250 0,1250 0 0 0
Mn 16d(окта) 0,5000 0,5000 0,5000 15,2 12 8
Fe 8a (тетра) 0,1250 0,1250 0,1250 0,16 0 2,4
Fe 16d(окта) 0,5000 0,5000 0,5000 0,64 4 5,6
O 32с 0,2633 0,2633 0,2633 32 32 32
ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ НА СТРУКТУРУ Fe-ЗАМІЩЕНОЇ ЛІТІЙ-МАРГАНЦЕВОЇ ШПІНЕЛІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4538
Достатньо велика маса зразка (крива ТГ
на рис. 3) втрачається в діапазонах тем-
ператур 423—473 К та 623—673 К.
Піки на кривих ДТА вказують на перебіг
двох екзотермічних реакцій в цих темпера-
турних межах. Можна припустити, що перша
втрата маси і виділення теплоти пов’язане з
втратою значної кількості води з висушено-
го гелю, інша — з вигоранням залишків ні-
тратів. Вище температури 673К помітних
пі ків на всіх трьох кривих немає, таким чи-
ном, були обрані температури відпалу не
ниж че 673 К. Рентгенівські дифрактограми
зразків з різним ступенем заміщення залізом,
отримані при температурі відпалу 673 К,
показані на рис. 4.
На експериментальних дифрактограмах
присутні піки літій-марганцевої шпінелі,
проте ріст ступеня заміщення залізом приво-
дить до появи додаткових рефлексів, що
від повідають іншим сполукам. Крім того,
зразок з найвищим ступенем заміщення ви-
явився не повністю кристалізованим. Тому
бу ло проведено додаткове спікання при ви-
щих температурах для встановлення пара-
метрів структури синтезованих матеріалів.
Рентгенограми зразка з заміщенням за-
лі зом величиною y = 0,05 представлені на
рис. 5.
Відпал при температурах 873 К і 1073 К
приводить до утворення однофазних шпі-
нельних сполук, причому підвищення тем-
ператури впливає на ширину рефлексів на
дифрактограмах.
Зростання ступеня заміщення до величи-
ни y = 0,2 приводить до утворення двофазної
системи при низьких температурах відпалу.
Побічною фазою виявляється гематит. Про-
те при спіканні за температури 1073 К вона
не ідентифікується, що показано на дифрак-
тограмах (рис. 6).
Проводились також дослідження структу-
ри літій-марганцевої шпінелі з ви щими сту -
пенями заміщення. Для них спо сте рі га лась
подібна ситуація з точки зору впли ву за-
міщення на фазовий склад та впли ву темпе-
ратури відпалу на моночи гетерофазність
системи. В табл. 3 представлені параметри
0,8310
0,8305
0,8300
0,8295
0,8290
0,8285
0,8280
0,8275
0,8270
0,8265
0,8260
0,8255
0,8250
0,8245
0,8240
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
ступінь заміщення
ст
ал
а
гр
ат
ки
, н
м
Рис. 2. Залежність параметра гратки синтезованих
ма теріалів від ступеня заміщення залізом
Рис. 4. Дифрактограми зразків загального складу
LiMn2–yFeyO4, відпалених при температурі 673 К
Рис. 3. Криві ТГ(1), ДТГ(2) та ДТА(3) золь-гель син-
тезованих зразків
100
TГ
, %
90
80
70
60
50
40
30
200 400 600 800 1000 1200
Т, K
1
2
3
Розподіл атомів за підгратками
Зразок Розподіл за підгратками
1 — LiMn1,9Fe0,1O4 (Li0,98Fe0,02)A[Li0,02Fe0,08Mn1,9]BO4
2 — LiMn1,5Fe0,5O4 (Li)A[Fe0,5Mn1,5]BO4
3 — LiMnFeO4 (Li0,7Fe0,3)A[Li0,3Fe0,7Mn]BO4
Таблиця 2
1900
Ін
те
нс
ив
ні
ст
ь,
в
ід
н.
о
д.
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
10 20 30 40 50 60 70
y = 0,2
y = 0,5
y = 1,0
Кут лічильника, град.
І. М. ГАСЮК, А. М. БОЙЧУК, Т. Я. БОЙЧУК, І. П. ЯРЕМІЙ, Л. С. КАЙКАН, В. В. УГОРЧУК
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4 539
уточнення структу ри для всіх досліджуваних
систем. В ній подані очікувані склади від-
по відно до шихти та розрахований за пов-
нопрофільним аналізом Рітвелда реальний
вміст катіонів в межах підграток шпінельної
фази.
Очікуваний вміст катіонів дещо від різ ня -
ється від отриманого внаслідок наближен ня
експериментальних дифрактограм до теоре-
тичних профілів фаз, присутніх в на ших
си сте мах. Стала гратки зростає при збіль-
шен ні вмісту заліза для кожної з температур
2700
2400
2100
1800
1500
1200
900
600
300
15 22 29 36 43 50 57 64
2θ (°)
In
te
ns
ity
(a
rb
. u
ni
ts
)
6500
5700
4900
4100
3300
2500
1700
900
100
15 21 27 33 39 45 51 57 63 69
2θ (°)
In
te
ns
ity
(a
rb
. u
ni
ts
)
а б
Рис. 5. Дифрактограми зразка LiMn1,95Fe0,05O4 при температурі відпалу 873 К (а) та 1073 К (б)
а б
Рис. 6. Дифрактограми зразка LiMn1,8Fe0,2O4 при температурі відпалу 873 К (а) та 1073 К (б)
Температура
відпалу, К
Склад за
шихтою
Фазовий склад Стала
гратки,
А
Розподіл катіонів за
підгратками
А — тетра, В — окта Шпінель Побічна
фаза
873 LiMn1,95Fe0,05O4 + – 8,1689 (LiFe0,04)A[Fe0,02Mn1,94]BO3,96
1073 LiMn1,95Fe0,05O4 + – 8,2354 (LiFe0,04)A[Fe0,02Mn1,94]BO3,99
873 LiMn1,8Fe0,2O4 + Гематит 8,2315 (LiFe0,12)A[Fe0,07Mn1,98]BO4
1073 LiMn1,8Fe0,2O4 + – 8,2691 (LiFe0,2)A[Fe0,05Mn1,94]BO4,02
873 LiMn1,5Fe0,5O4 + Гематит 8,2356 (LiFe0,12)A[Fe0,42Mn1,51]BO4,00
1073 LiMn1,5Fe0,5O4 + – 8,3044 (LiFe0,37)A[Fe0,12Mn1,63]BO4,00
2700
In
te
ns
ity
(a
rb
. u
ni
ts
)
2400
2100
1800
1500
1200
900
600
0
15
2θ (°)
21 27 33 39 45 51 57 63 69 75
4100
3600
3100
2600
2100
1600
1100
600
10
11 18 25 32 39 46 53 60 67 74
2θ (°)
In
te
ns
ity
(a
rb
. u
ni
ts
)
Таблиця 3
Параметри уточнення структур досліджуваних зразків
ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ НА СТРУКТУРУ Fe-ЗАМІЩЕНОЇ ЛІТІЙ-МАРГАНЦЕВОЇ ШПІНЕЛІ
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4540
відпалу і в загальному є вищими для сисем,
відпалених при температурі 1073 К (рис. 7).
Такі результати можна якісно пояснити на
основі міркувань про зниження вмісту гема-
титу в системах, відпалених при температурі
1073 К. Це приводить до збільшення вмісту
заліза в шпінельній фазі та більшого розв-
по рядкування структури шпінелі, що про яв-
ляється в утворенні дефектів та міжву зельних
атомів в нестехіометричних си стемах. Атоми
заліза локалізовані в межах обох підграток,
а при підвищенні температури відпалу
кіль кість Fe зростає за рахунок добудови
підграток внаслідок руйнування фази гемати-
ту, що підтверджено дифрактограмами.
На рис. 8 показана залежність розмірів
областей когерентного розсіювання (ОКР)
рентгенівських променів від температури
відпалу.
Такі дані свідчать про те, що зростання
тем ператури відпалу закономірно приводить
8,30
С
та
ла
гр
ат
ки
, а
8,28
8,26
8,24
8,22
8,20
8,18
8,16
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Ступінь заміщення залізом, у
Т = 600
Т = 800
Рис. 7. Залежність сталої гратки від вмісту заліза та
тем ператури відпалу систем
55
Ро
зм
ір
О
КР
, н
м
50
45
40
35
30
25
20
15
400 600 800
Температура
Рис. 8. Залежність розмірів ОКР від температури спі-
кання шпінелі
до агломерації кристалітів та утворен ня ча-
стинок відносно великих розмірів. То му
практичнішим з точки зору викорис тання в
ЛДС високої потужності є зразки, відпалені
при температурі 400, проте вони не є повністю
кристалічними та однофазними.
ВИСНОВКИ
В роботі проведено порівняння структур-
них параметрів залізо-заміщеної літій-мар-
ганцевої шпінелі, синтезованої керамічним
та золь-гель методами. Встановлено, що
ут ворення монофазних шпінельних струк-
тур у випадку твердофазного синтезу спо-
стерігається при температурі 1473 К, а при
використання рідкофазного методу вже за
тем ператури 1073 К. Показано, що попри
відсутність втрати маси та перебігу тепло-
вих реакцій вище температури 673 К та
873 К отримані системи мають аморфну
складову та фазу гематиту. На основі отри-
маних результатів можна зробити висновок
про те, що використання енергоощадного
золь-гель методу синтезу дозволяє отримати
нанодисперсні порошки шпінелі, які можна
використовувати в джерелах струму високої
потужності.
ЛІТЕРАТУРА
1. Гасюк І. М. Складні шпінельні оксиди як
пер спективні матеріали електродів літієвих
джерел струму // Фізика і хімія твердого
тіла. — 2011. — Т. 12, № 2. — С. 275—288.
2. Сычева В. О., Чуриков А. В. Литий-марган-
цевые шпинели: пути повышения стабиль-
ности и энергоемкости // Электрохимичес кая
енергетика. — 2009. — Т. 9, № 4. —
С. 175—187.
3. Hong-Wei Chan, Jenq-Gong Duh, Shyang-Ro-
eng Sheen, Su-Yueh Tsai, Chi-Rung Lee New
surface modified material for LiMn2O4 cathode
material in Li-ion battery // Surface & Coatings
Technology . — 2005. — Vol. 9. — P. 1330—
1334.
4. Бойчук А. М., Цап В. А., Бойчук Т. Я., Га-
сюк М. И. Керамический синтез и электро-
химические свойства железосодержащей
ли тий-марганцевой шпинели // Сборник на-
учных трудов конференции «Высокие тех-
нологи в науке и технике». — Томск, 2013.
— 118 c.
5. Wang F. X., Xiaoa S. Y., Shi Y. et al. Spinel
І. М. ГАСЮК, А. М. БОЙЧУК, Т. Я. БОЙЧУК, І. П. ЯРЕМІЙ, Л. С. КАЙКАН, В. В. УГОРЧУК
ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4 541
LiNixMn2−xO4 as cathode material for aqueous
rechargeable lithium batteries // Electrochimica
Acta. — 2013. — Vol. 93. — P. 301—306.
6. Lilong Xiong, Youlong Xu, Tao Tao, John B.
Goodenough Synthesis and electrochemical
characterization of multi-cations doped spinel
LiMn2O4 used for lithium ion batteries // Jour-
nal of Power Sources. — 2012. — Vol. 199.
— P. 214—219
7. Xingkang Huanga, Min Lin, Qingsong Tong,
Xiuhua Li, Ying Ruana, Yong Yan Synthesis
of LiCoMnO4 via sol-gel method and its ap-
plication in high power LiCoMnO4/Li4Ti5O12
lithium-ion batteries // Journal of Power Sou-
rces. — 2012. — Vol. 202. — P. 352—356.
8. Seyedahmadian Masoud, Houshyarazar Sha di,
Amirshaghaghi Ahmad. Synthesis and Cha-
rac terization of Nanosized of Spinel LiMn2O4
via Sol-gel and Freeze Drying Methods //
Bull. Korean Chem. Soc. — 2013. — Vol. 34,
No. 2. — P. 622— 628.
9. Aricò A.S., Bruce P., Scrosati B. et al. Na no-
structured materials for advanced energy con-
version and storage devices // Nat. Mater. —
2005. — Vol. 4, No. 5. — P. 366—377.
10. Yi T., Dai C., Gao K., Hu X. Effect of syn-
thetic parameters on structure and elec tro che-
mical performance of spinel lithium man ganese
oxide by citric acid-assisted sol-gel method //
J. Alloys Compd. — 2006. — Vol. 425,
No. 1—2. — P. 343—347.
11. Wang X., Chen X., Gao L. et al. Citric acid-
assisted sol-gel synthesis of nanocrystalline
LiMn2O4 spinel as cathode material // J. Cryst.
Growth. — 2003. — Vol. 256, No. 1—2. —
P. 123—127.
12. Гасюк І. М., Бойчук А. М., Угорчук В. В.,
Кайкан Л. С., Цап В. А., Бойчук Т. Я. Рент-
генівські та Мессбауерівські до слід ження
залізовмісної літій-марганцевої шпі нелі //
МФіНТ. — 2014. — Т. 36, № 1. — С. 77—88.
LІTERATURA
1. Gasyuk І. M. Skladnі shpіnel’nі oksidi yak per-
spektivnі materіali elektrodіv lіtієvih dzherel
strumu // Fіzika і hіmіya tverdogo tіla. — 2011.
— Vol. 12, No. 2. — P. 275—288.
2. Sycheva V. O., Churikov A. V. Litij-margancevye
shpineli: puti povysheniya stabil’nosti i ener-
goemkosti // Elektrohimicheskaya energetika.
— 2009. —Vol. 9, No. 4. — P. 175—187.
3. Hong-Wei Chan, Jenq-Gong Duh, Shyang-Ro-
eng Sheen, Su-Yueh Tsai, Chi-Rung Lee. New
surface modified material for LiMn2O4 cathode
material in Li-ion battery // Surface & Coatings
Technology. — 2005. — Vol. 9. — P. 1330—
1334.
4. Bojchuk A. M., Cap V. A., Bojchuk T. Ya.,
Ga syuk M. I. Keramicheskij sintez i elek tro-
hi micheskie svojstva zhelezosoderzhaschej li-
tij-mar gan ce voj shpineli // Sbornik nauchnyh
trudov konferencii «Vysokie tehnologi v nauke
i tehnike». — Tomsk, 2013. — 118 p.
5. Wang F. X., Xiaoa S. Y., Shi Y. et al. Spinel
LiNixMn2−xO4 as cathode material for aqueous
rechargeable lithium batteries // Electrochimica
Acta. — 2013. — Vol. 93. — P. 301—306.
6. Lilong Xiong, Youlong Xu, Tao Tao, John B.
Goodenough Synthesis and electrochemical
cha racterization of multi-cations doped spinel
LiMn2O4 used for lithium ion batteries // Jour-
nal of Power Sources. — 2012. — Vol. 199.
— P. 214—219
7. Xingkang Huanga, Min Lin, Qingsong Tong,
Xi uhua Li, Ying Ruana, Yong Yan Syn the-
sis of LiCoMnO4 via sol-gel method and
its application in high power LiCoMnO4 /
Li4Ti5O12 lithium-ion batteries // Journal of Po-
wer Sources. — 2012. — Vol. 202. — P. 352—
356.
8. Seyedahmadian Masoud, Houshyarazar Sha di,
Amirshaghaghi Ahmad. Synthesis and Cha-
racterization of Nanosized of Spinel LiMn2O4
via Sol-gel and Freeze Drying Methods //
Bull. Korean Chem. Soc. — 2013. — Vol. 34,
No. 2. — P. 622— 628.
9. Aricò A. S., Bruce P., Scrosati B. et al. Nano-
struc tured materials for advanced energy con-
ver sion and storage devices // Nat. Mater. —
2005. — Vol. 4, No. 5. — P. 366—377.
10. Yi T., Dai C., Gao K., Hu X. Effect of syn-thetic
parameters on structure and electrochemical
per formance of spinel lithium manganese oxi-
de by citric acid-assisted sol-gel method //
J. Alloys Compd. —2006. Vol. 425, No. 1—2.
— P. 343—347.
11. Wang X., Chen X., Gao L. et al. Citric acid-
as sisted sol-gel synthesis of nanocrystalline
LiMn2O4 spinel as cathode material // J. Cryst.
Growth. — 2003. — Vol. 256, No. 1—2. —
P. 123—127.
12. Gasyuk І. M., Bojchuk A. M., Ugorchuk V. V.,
Kaj kan L. S., Cap V. A., Bojchuk T. Ya. Ren-
tgenіvs’kі ta Messbauerіvs’kі doslіdzhennya
zalіzovmіsnoї lіtіj-margancevoї shpіnelі //
MFіNT. — 2014. — Vol. 36, No. 1. — P. 77—
88.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108499 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T14:39:04Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гасюк, І.М. Бойчук, А.М. Бойчук, Т.Я. Яремій, І.П. Кайкан, Л.С. Угорчук, В.В. 2016-11-05T21:41:52Z 2016-11-05T21:41:52Z 2014 Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі / І.М. Гасюк, А.М. Бойчук, Т.Я. Бойчук, І.П. Яремій, Л.С. Кайкан, В.В. Угорчук // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 4. — С. 535-541. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108499 537.216 В роботі проведено порівняння параметрів кристалічної структури зразків модифікованої літій-марганцевої шпінелі, синтезованих різними методами. Встановлено, що при використанні золь-гель методу утворення однофазної шпінелі спостерігається за температури 873 К, а керамічного методу — при 1473 К. Досліджено вплив умов термічної обробки та вмісту заліза в зразках на параметри кристалічної гратки та розподіл катіонів за підгратками шпінельної фази. В работе проведено сравнение параметров кристаллической структуры образцов модифицированной литий-марганцевой шпинели, синтезованных разными методами. Установлено, что при использовании золь-гель метода образования однофазной шпинели наблюдается за температуры 873 К, а керамического метода — при 1473 К. Исследовано влияния условий синтеза и содержания железа в образцах на параметры кристаллической решетки и распределение катионов по подрешеткам шпинельной фазы. At this work are carried the comparison of the crystal structures of samples of modified lithium manganese spinel, synthesized by various methods. It was established, that the using of sol-gel method of formation of single phase spinel is observed at a temperature of 873 K, and with the using of the ceramic methods observed at 1473 K. The influence of heat treatment conditions and the iron content in the samples of the crystal lattice and the distribution of cations on sublattices spinel phase have been found. uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі Влияние условий синтеза на структуру Fe-замещенной литий-марганцевой шпинели The effect of synthesis conditions on the structure of Fe-substituted lithium manganese spinel Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі Гасюк, І.М. Бойчук, А.М. Бойчук, Т.Я. Яремій, І.П. Кайкан, Л.С. Угорчук, В.В. |
| title | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі |
| title_alt | Влияние условий синтеза на структуру Fe-замещенной литий-марганцевой шпинели The effect of synthesis conditions on the structure of Fe-substituted lithium manganese spinel |
| title_full | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі |
| title_fullStr | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі |
| title_full_unstemmed | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі |
| title_short | Вплив умов синтезу на структуру Fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі |
| title_sort | вплив умов синтезу на структуру fe-заміщеної літій-марганцевої шпінелі |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108499 |
| work_keys_str_mv | AT gasûkím vplivumovsintezunastrukturufezamíŝenoílítíimargancevoíšpínelí AT boičukam vplivumovsintezunastrukturufezamíŝenoílítíimargancevoíšpínelí AT boičuktâ vplivumovsintezunastrukturufezamíŝenoílítíimargancevoíšpínelí AT âremíiíp vplivumovsintezunastrukturufezamíŝenoílítíimargancevoíšpínelí AT kaikanls vplivumovsintezunastrukturufezamíŝenoílítíimargancevoíšpínelí AT ugorčukvv vplivumovsintezunastrukturufezamíŝenoílítíimargancevoíšpínelí AT gasûkím vliânieusloviisintezanastrukturufezameŝennoilitiimargancevoišpineli AT boičukam vliânieusloviisintezanastrukturufezameŝennoilitiimargancevoišpineli AT boičuktâ vliânieusloviisintezanastrukturufezameŝennoilitiimargancevoišpineli AT âremíiíp vliânieusloviisintezanastrukturufezameŝennoilitiimargancevoišpineli AT kaikanls vliânieusloviisintezanastrukturufezameŝennoilitiimargancevoišpineli AT ugorčukvv vliânieusloviisintezanastrukturufezameŝennoilitiimargancevoišpineli AT gasûkím theeffectofsynthesisconditionsonthestructureoffesubstitutedlithiummanganesespinel AT boičukam theeffectofsynthesisconditionsonthestructureoffesubstitutedlithiummanganesespinel AT boičuktâ theeffectofsynthesisconditionsonthestructureoffesubstitutedlithiummanganesespinel AT âremíiíp theeffectofsynthesisconditionsonthestructureoffesubstitutedlithiummanganesespinel AT kaikanls theeffectofsynthesisconditionsonthestructureoffesubstitutedlithiummanganesespinel AT ugorčukvv theeffectofsynthesisconditionsonthestructureoffesubstitutedlithiummanganesespinel |