بررسی تاثیر میدان الکتریکی بر فلش زینتر llzo

Li7la3zr2o12 (llzo) یکی از الکترولیت های امیدوارکننده برای باتری­های لیتیوم یون حالت جامد است. از آنجایی که در زینترینگ رایج، کنترل مقدار لیتیوم دشوار است، می­توان با استفاده از فلش زینترینگ در زمان زینتر کوتاه‌تر و دمای زینتر کمتر بر این مشکل غلبه کرد. در این تحقیق پودر llzo به روش سل-ژل احتراقی با موفقیت سنتز شد. پس از آن، با استفاده از یک میدان الکتریکی در دانسیته جریان مشخص بدنه llzo تولید شد. نمونه ها در کوره تیوبی در دمای 850 درجه سانتیگراد با میدان الکتریکی اعمالی dc v.cm-1 100 و چگالی جریان محدود به ma.mm-2 200 زینتر شدند. ترکیب فازی نمونه زینترشده با آنالیز پراش اشعه ایکس (xrd) تجزیه و تحلیل شد و هدایت یونی با استفاده از طیف‌سنجی امپدانس ac مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج، llzo متراکم با موفقیت زینتر شد و نمونه زینتر شده با میدان الکتریکی v.cm-1 60 دارای ساختار مکعبی با چگالی نسبی 91 درصد و رسانایی یونی کل ms.cm-1 31/0 بود. همچنین افزایش میدان الکتریکی باعث کوتاه شدن زمان نهفتگی می­شود. این رفتار احتمالا به دلیل تاثیر قدرت میدان الکتریکی به عنوان نیروی محرکه مکانیسم‌های جوانه­زنی است.

A study on the effect of electrical field on flash sintering of LLZO

Li7La3Zr2O12 (LLZO) is one of the promising electrolytes for all solid-state lithium-ion batteries. Since in conventional sintering, the retention of lithium is hard to control in LLZO, flash sintering which is characterized by shorter sintering time and lower sintering temperature can be beneficial. In this paper, LLZO powder was successfully synthesized by the combustion sol-gel method. Afterward, the effect of an electrical field in an isothermal approach on the relative density and phase composition of LLZO has been investigated. The samples were held in a tube furnace at 850 ˚C with an applied DC electrical field of 60, 65 and 70 V.cm-1 and current density was limited to 200 mA.mm-2. The phase composition was analyzed with X-ray diffraction (XRD) and the ionic conductivity was investigated using an AC impedance spectroscopy. Dense LLZO was flash sintered successfully and the sample sintered with an electric field of 60 V.cm-1 showed a pure cubic LLZO with 91% relative density and a total ionic conductivity of 0.31 mS.cm-1. Moreover, it was shown that the change of electric field does not have a significant effect on the relative density. Also, increasing the electric field causes the incubation time to become shorter. This behavior though to be due to the effect of electric field strength as a driving force for nucleation mechanisms.