In this study, we synthesized and characterized garnet-type Li7-xAlxLa3Zr2-(5/4)yNbyO12 (LALZN) solid electrolytes for all-solid-state battery applications. Our novel approach focused on enhancing ionic conductivity, which is crucial for battery efficiency. A systematic examination found that co-doping with Al and Nb significantly improved this conductivity. Al3+ and Nb5+ ions were incorporated at Li+ and Zr4+ sites, respectively. This doping resulted in LALZN electrolytes with optimized properties, most notably enhanced ionic conductivity. An optimized mixture with 0.25 mol each of Al and Nb dopants achieved a peak conductivity of 1.32 × 10-4 S cm-1. We fabricated symmetric cells using these electrolytes and observed excellent charge-discharge profiles and remarkable cycling longevity, demonstrating the potential for long-term application in battery systems. The garnet-type LALZN solid electrolytes, with their high ionic conductivity and stability, show great potential for enhancing the performance of all-solid-state batteries. This study not only advances the understanding of effective doping strategies but also underscores the practical applicability of the LALZN system in modern energy storage solutions.
Park, Jeong-Yong;Choi, Byung-Kwon;Jeong, Yong-Hwan
Nuclear Engineering and Technology
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제41권2호
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pp.149-154
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2009
The microstructure, the corrosion behavior and the oxide properties were examined for Zr-1.5Nb-0.4Sn-0.2Fe-0.1Cr (HANA-4) alloys which were subjected to two different final annealing temperatures: $470^{\circ}C$ and $570^{\circ}C$. HANA-4 was shown to have $\ss$-enriched phase with a bcc crystal structure and Zr(Nb,Fe,Cr)$_2$ with a hcp crystal structure with $\ss$-enriched phase being more frequently observed compared with Zr(Nb,Fe,Cr)$_2$. The corrosion rate of HANA-4 was increased with an increase of the final annealing temperature in the PWR-simulating loop, $360^{\circ}C$ pure water and $400^{\circ}C$ steam conditions, which was correlated well with a reduction in the size of the columnar grains in the oxide/metal interface region. The oxide growth rate of HANA-4 was considerably affected by the alloy microstructure determined by the final annealing temperature.
In this study, the structural, dielectric and piezoelectrical properties of $xPb(Mg_{1/2}W_{1/2})O_3-(1-x)[0.41Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.36PbTiO_3-0.23P Zr)_3]$ (x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05) system ceramics were investigated. The dielectric constant ${\varepsilon_{33}}^{\tau}$ at loon temperature increased up to 3mol% PMW and decreased with further PMW content. The specimen with 1mol% $Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})O_3$, which has the ${\varepsilon_{33}}^{\tau}=5509$, kp=59[%] and $d_{33}=758{\times}10^{-12}[C/N]$, exhibits good characteristics.
PbTiO$_{3}$-PbZrO$_{3}$-Pb(Ni$_{1}$3/Nb $_{2}$3/O$_{3}$)(PZT-PNN) thin films were prepared from corresponding metal organics partially stabilized with diethanolamine by the sol-gel spin coating method. Each mol rates of PT:PZ:PNN solutions were #1(50:40:10), #2(50:30:20), #3(45:35:20) and #4(40:40:20), respectively. The spin-coated PZT-PNN films were sintered at the temperature from 500.deg. C to 600.deg. C for crystallization. The P-E hysteresis curve was drawn by Sawyer-Tower circuit with PZT-PNN film. The coercive field and the remanent polarization of #4(40:40:20 mol%) PZT-PNN film were 28.8 kV/cm and 18.3 .mu.C/cm$^{2}$, respectively. Their dielectric constants were shown between 128 and 1120, and became maximum value in MPB(40:40:20 mol%). The leakage currents of PZT-PNN films were about 9.4x 10$^{-8}$ A/cm$^{2}$, and the breakdown voltages were about 0.14 and 1.1 MV/cm. The Curie point of #3(45:35:20 mol%, sintered at 600.deg. C) film was 330.deg. C.
The grain growth behavior in the (1-x)K0.5Na0.5NbO3-xCaZrO3 (KNNCZ-x) system is studied as a function of the amount of CZ and grain shape. The (1-x)K0.5Na0.5NbO3-xCaZrO3 (KNNCZ-x) powders are synthesized using a conventional solid-state reaction method. A single orthorhombic phase is observed at x = 0 - 0.03. However, rhombohedral and orthorhombic phases are observed at x = 0.05. The grain growth behavior changes from abnormal grain growth to the suppression of grain growth as the amount of CaZrO3 (CZ) increases. With increasing CZ content, grains become more faceted, and the step-free energy increases. Therefore, the critical growth driving force increases. The grain size distribution broadens with increasing sintering time in KNNCZ-0.05. As a result, some large grains with a driving force larger than the critical driving force for growth exhibit abnormal grain growth behavior during sintering. Therefore, CZ changes the grain growth behavior and microstructure of KNN. Grain growth at the faceted interface of the KNNCZ system occurs via two-dimensional nucleation and growth.
마그네트론 스퍼터를 사용하여 증착한 CoNbZr 합금박막의 제조 조건 및 열처리에 따르는 구조 및 자기적 성질의 변화를 연구하였다. Ar분압 2mTorr, RF 인가전력 130 W에서 증착되어진 $Co_{87.0}$N $b_{8.5}$Z $r_{4.5}$막은 최대 비저항 3000 $\mu$Ω.cm을 나타냄으로써 가장 안정한 비정질상을 형성하였으며 100 MHz에서 1095의 최대투자율, 1.75 Oe의 최소 보자력을 나타내었다. Ar 분압이 2 mTorr 이상으로 증가할 경우 그리고 RF 인가전력이 130 W 이상으로 증가할 경우 주상정 구조의 발달과 불안정한 비정질상의 형성으로 투자율은 감소하고 보자력은 증가하는 것을 확인하였다 1 mTorr에서 증착되어진 막과 190 W에서 증착되어진 막은 결정질 상을 형성하여 100 이하의 낮은 투자율과 60 Oe의 높은 보자력을 나타내었다. 회전자장중 열처리에 의해 이방성을 제어할 수 있음을 확인하였으며, 증착상태에서 보였던 1095의 투자율은 1345로 증가하였다.증가하였다.
PbTiO$_{3}$-PbZrO$_{3}$-Pb(Ni$_{1}$3/Nb$_{2}$3/O$_{3}$) (PZT-PNN) thin films were prepared from corresponding metal organics partially stabilized with diethanolamine by the sol-gel spin coating method. Each mol ratio of PT:PZ:PNN solutions were #1(50:40:10), #2(50:30:20), #3(45:35:20), #4(40:40:20), #5(40:50:10), #6(35:45:20) and #7(30:50:20) respectively. The spin-coated PZT-PNN films were heat-treated at 350.deg. C for decomposition of residual organics, and were sintered from 450.deg. C to 750.deg. C for crystallization. The substrates, such as Pt and Pt/TiN/Ti/TiN/Si were used for the spin coating of PZT PNN films. The perovskite phase was observed in the PZT-PNN films heat-treated at 500.deg. C. The crystalline of the PZT-PNN films was optimized at the sintering of 700.deg. C. By the result of AES analysis, It is confirmed that the films of TiN/Ti/TiN was a good diffusion barrier and that co-diffusion into the each films was not observed.
In this study, electrical properties and TCFr of Pb(Sb$_{1}$2/Nb$_{1}$2/)O$_3$-Pb(Mn $_{1}$3/Nb$_{2}$3/)O$_3$-Pb(zr, Ti)O$_3$ composition ceramics were investigated wish the Zr/Ti ratio and the additions of Y2O3. and Fe$_2$O$_3$ Electromechanical coupling factor(Kp) showed the highest value of 0.555 in the Zr/Ti=0.50/0.50 ratio ,however, dielectric constant showed the highest value of 1,217 in the Zr/Ti = 0.49/0.51 ratio. Excellent TCFr vague of 421ppm/$^{\circ}C$] at-30~9O$^{\circ}C$ was appeared in the Zr/Ti=0.50/0.50 ratio and electro-mechanical coupling factor(Kp) , mechanical quility factor(Qm) and dielectric constant was 0.496, 1,286 and 1,085 ,respectively ,in the composition ceramics of lwt%Y$_2$O$_3$ and 0.3wt%Fe$_2$O$_3$.
RF 마그네트론 스퍼터링으로 제조한 Fe/CoNbZr 다층박막의 구조 및 열처리 조건에 따르는 고주파 연자기 특성을 연구하였다. Fe층의 두께가 5nm일 때 1.1Oe의 최소보자력을 얻었으며, Fe층의 두께가 15nm일 때 100Mz에서 2300의 최대 투자율을 얻었으며, 약 20 kG의 높은 포화자화를 얻었다. Fe층의 두께가 증가함에 따라 보자력이 증가하는 것은 결정립 크기에 의한 것이며, Fe층의 두께가 얇을 경우 계면에서의 CoFe과 같은 높은 자기변형의 혼합층 형성으로 인해 투자율이 감소한 것으로 판단된다. 300 $^{\circ}C$에서 40분간 일축자장 열처리를 행하여서 보자력 0.35 Oe, 투자율 2500을 얻었다. 또한 250및 30$0^{\circ}C$ 열처리에서만 연자기 특성이 향상되었다. 이는 최적의 Fe의 격자변형과 일측 이방성의 발달로 자기이방성에너지의 감소에 의한 것으로 판단된다.
이중희석법을 이용한 X-선 분광법으로 주석-슬랙 중 $Ta_2O_54, $Nb_2O_5$ 및 $ZrO_2$등을 정량하였다. 주석시료와 이것과 조성이 비슷한 한개의 합성표준시료를 무수 $Li_2B_4O_7$으로 희석하여 희석된 시료중 이들의 함량이 1.00%, 2.00%, 3.00% 되게 잘 혼합하였다. 혼합시료를 $1,150^{\circ}C$에서 30분간 용융하여 유리상태로 만들었다. 다시 잘 분쇄하고, 유압기를 이용하여 Pellet로 만들어 분석 시편으로 사용했다. 형광 X-선 세기를 측정하여 희석식에 대입하여 각 시료에서 분석성분의 함량을 계산하였다. 이중희석법으로 얻은 분석결과들은 대표적인 분석법인 표준검정 곡선법에 의한 값들과 혀용오차범위내에서 잘 일치하고 있다. 아울러 단일희석법에 의한 결과와도 잘 일치하고 있으며 각 분석결과에 대한 재현성도 좋음을 보여 주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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