REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Baterije s trdnim elektrolitom so ena izmed ključnih tehnologij za shranjevanje energije in prehod v podnebno nevtralno družbo v prihodnosti. V primerjavi z baterijami s tekočim elektrolitom so take baterije bolj varne, stabilne in imajo širši temperaturni razpon delovanja. Perovskit Li0.33La0.56 0.11TiO3 (LLTO) velja za enega najbolj obetavnih trdnih elektrolitov, vendar pa je učinkovitost tega materiala zmanjšana zaradi prisotnosti mej med zrni, ki imajo izrazito nižje vrednosti prevodnosti v primerjavi z zrni. Mikrostruktura LLTO z večjimi zrni bi tako zaradi manjšega prispevka mej imela boljšo ionsko prevodnost.
V sklopu disertacije so bili s konvencionalnim sintranjem v trdnem stanju pripravljeni vzorci LLTO z različnimi začetnimi razmerji La:Ti in presežkom Li. Pri sestavah z zadostnim presežkom Li in La se razvoj mikrostrukture začne pri približno 1100 °C z nastankom podolgovatih zrn, ki so sestavljena iz faze Li2La2Ti3O10 tipa Ruddlesden-Popper (RP) s periodično strukturo in strukturno sorodnimi neperiodičnimi zaporedji. Ta zrna izkazujejo pretirano rast in se razvijejo v velika podolgovata zrna z debelino do 10 μm in dolžino preko 100 μm. Teoretični izračuni so potrdili, da je nastanek zaporedij tipa RP energetsko ugodnejši in poteka pred nastankom perovskita LLTO. Razvoj mikrostrukture se nadaljuje s kristalizacijo perovskita LLTO, epitaksialno na podolgovatih zrnih in kot individualna zrna s tanjšimi lamelami tipa RP znotraj zrn, kar vodi v razvoj bimodalne mikrostrukture.
Sestava in struktura lamel tipa RP sta bili raziskani z vrstično presevno elektronsko mikroskopijo v kombinaciji s simulacijami. Periodična zaporedja faze Li2La2Ti3O10 so sestavljena iz psevdo-perovskitnih blokov, ločenih z Li-bogato plastjo. Tanjše lamele znotraj LLTO zrn imajo neperiodično strukturo s psevdo-perovskitnimi bloki različne debeline. Pri približno 1250 °C v neperiodičnih zaporedjih pride do ionske izmenjave med Li-plastmi in sosednjimi Ti- in La-plastmi. Stopnja ionske izmenjave je bila ocenjena s kvantitativno analizo HAADF-STEM slik. Defekti tipa RP zaradi toplotne nestabilnosti postopno rekristalizirajo v LLTO.
Pri višjih temperaturah sintranja (1350 °C) vsa zaporedja defektov tipa RP popolnoma rekristalizirajo v LLTO. Poleg tega manjša zrna LLTO rekristalizirajo na velika podolgovata zrna preko Ostwaldovega zorenja. Proces vodi do razvoja goste mikrostrukture z LLTO zrni velikosti do 100 μm. Predstavljena metoda je inovativen način priprave LLTO keramike z velikimi zrni in ionsko prevodnostjo okoli 10-4 S/cm.