Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A Novel Process for Recovery of Key Elements from Commercial Cathode Material of End-of-Life Lithium-Ion Battery

Wang Jei-Pil

Archives of Metallurgy and Materials

|

2021

|

Vol. 66, iss. 3

745--750

EN

A novel process to recover lithium and manganese oxides from a cathode material (LiMn2O4) of spent lithium-ion battery was attempted using thermal reaction with hydrogen gas at elevated temperatures. A hydrogen gas as a reducing agent was used with LiMn2O4 powder and it was found that separation of Li2O and MnO was taken place at 1050°C. The powder after thermal process was washed away with distilled water and only lithium was dissolved in the water and manganese oxide powder left behind. It was noted that manganese oxide powder was found to be 98.20 wt.% and the lithium content in the solution was 1,928 ppm, respectively.

2

Otrzymywanie oraz właściwości fizykochemiczne xLi2MnO3•(1-x)LiMO2 - wysokonapięciowych materiałów katodowych dla ogniw Li-ion

Redel K., Kulka A., Ziąbka M., Molenda J.

Materiały Ceramiczne

|

2018

|

T. 70, nr 1

3--12

PL

W pracy przedstawiono warunki wysokotemperaturowej syntezy materiałów katodowych na bazie Li2MnO3 oraz 0,9Li2MnO3∙0,1LiMn1-yNiyO2 (0,1 ≤ y ≤ 0,9). Wykonano badania XRD, określono strukturę krystaliczną oraz skład fazowy otrzymanych proszków, a także zbadano ich mikrostrukturę za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Określono także zmiany wielkości cząstek wraz ze wzrostem zawartości niklu w badanych materiałach. W celu wykonania pomiarów elektrochemicznych skonstruowano ogniwa o schemacie Li/Li+/Li2MnO3 oraz Li/Li+/0,9Li2MnO3•0,1LiMn1-yNiyO2 (0,1 ≤ y ≤ 0,9), a następnie wykonano testy cyklicznego ładowania i rozładowania ogniwa. Określono pojemności właściwe oraz stabilność materiałów podczas pracy ogniwa pod obciążeniem prądowym C/20, C/10 i C/5 w zakresie napięć od 2,0 V do 4,8 V. Najwyższe pojemności rozładowania odnotowano dla składu 0,9Li2MnO3•0,1LiMn0,1Ni0,9O2. Dla tego materiału zaobserwowano również redukcję nieodwracalnego spadku pojemności podczas pierwszego cyklu ładowania.

EN

The work presents the description of high temperature solid-state reaction synthesis cathode materials based on Li2MnO3 and 0.9Li2MnO3•0.1LiMn1-yNiyO2 (0.1 ≤ y ≤ 0.9). The crystal structure and phase composition of the synthesized materials were examined by the XRD technique. To characterize the microstructure a scanning electron microscope SEM was used. Changes of the particle size with increase of the nickel content in tested materials were also determined. In order to perform electrochemical measurement, the Li/Li+/Li2MnO3 and Li/Li+/0.9Li2MnO3•0.1LiMn1-yNiyO2 cells were prepared, followed by a cyclic charge and discharge test. Specific capacity and stability were examined during the charge and discharge cycles at a current rate of C/20, C/10 and C/5 in a voltage range of 2.0-4.8 V. The highest discharge capacity was found for the composition 0.9Li2MnO3•0.1LiMn0.1Ni0.9O2. For this material, a reduction of the irreversible capacity decrease during the first charging was also observed.

3

Analiza zjawisk zachodzących podczas elektrochemicznej redukcji tlenu na granicy faz punktowa katoda tlrnkowa I02I elektrolit stałotlenkowy

Dudek M., Raźniak A., Lis B., Rapacz-Kmita A., Gajek M., Ziąbka M., Śliwa K., Adamczyk B.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 2

107--114

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań elektrochemicznych procesu redukcji tlenu w układach O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC i O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ, gdzie 8YSZ - 8% mol. Y2O3 w ZrO2, 20GDC - Ce0,8Gd0,2O1,9, LSM - (La0,80Sr0,20)0,95MnO3-δ, LSCF - (La0,60Sr0,40)0,95Co0,20Fe0,80O3-δ. W badaniach chronoamperometrycznych oraz przeprowadzonych metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej użyto elektrod wykonanych w kształcie piramidy z katod LSM, LSCF. Pomiary wykonano w temperaturze 700 °C w powietrzu. Na podstawie zarejestrowanych zależności prąd(I)-czas(t) podczas katodowej polaryzacji nadnapięciem \DeltaE = -0,5 V dla wszystkich badanych układów stwierdzono wzrost wielkości prądu pod wpływem polaryzacji katodowej. Obserwacje obszaru bezpośredniego kontaktu stożkowej elektrody LSCF lub LSM z powierzchnią elektrolitu 20GDC wskazują na pojawiające się trwałej zmiany struktury powierzchni elektrolitu ceramicznego, powstające wyłącznie podczas pracy układu pod obciążeniem. Jakościowe porównanie widm impedancyjnych układów O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC i O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ, otrzymanych dla katod niespolaryzowanych (\DeltaE = 0 V) oraz spolaryzowanych (\DeltaE = -0,5 V) wskazuje na zmniejszanie się oporności omowej Rs oraz polaryzacyjnej Rp w wyniku pracy układu pod obciążeniem. Na podstawie badań elektrochemicznych wykonanych dla układu O2│LSCF│20GDC z użyciem stożkowych czy porowatych katod LSCF w analogicznych warunkach pomiarowych, stwierdzono w obu przypadkach wzrost natężenia prądu w czasie. Otrzymane wyniki wskazują na potencjalne możliwości wykorzystania opracowywanej metodyki badań z ceramicznymi elektrodami punktowymi jako uzupełniającej do klasycznej metody z elektrodami porowatymi. Analiza zjawisk, zachodzących na granicy faz O2│katoda│ceramiczny elektrolit tlenkowy, jest łatwiejsza niż w przypadku elektrod porowatych, ze względu na zredukowany obszar zachodzenia reakcji elektrochemicznej.

EN

The paper presents the results of electrochemical studies on oxygen reduction in the O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC, and O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ systems, where 8YSZ- 8 mol% Y2O3 w ZrO2, 20GDC - Ce0.8Gd0.2O1.9, LSM - (La0.80Sr0.20)0.95MnO3-δ, LSCF - (La0.60Sr0.40)0.95Co0.20Fe0.80O3-δ. In electromechanical impedance spectroscopy, electrodes made of LSM, LSCF cathodes were used in chronoamperometric and electrochemical impedance spectroscopy. Measurements were made at 700 °C in air. On the basis of the registered current (I)–time (t) dependencies, during the cathode polarisation with \DeltaE = -0.5 V overvoltage, an increase of the cathodic polarisation current was observed for all tested systems. Observations of the area of "the direct contact of the conical LSCF or LSM electrode" with the surface of the 20GDC electrolyte indicate permanent changes in the structure of the electrolyte ceramic surface arising only during the operation of the system under load. A qualitative comparison of impedance spectra O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC, and O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ obtained for non-polarised cathodes (\DeltaE = 0 V) and polarized ones (\DeltaE = -0.5 V) indicates a decrease of the Ohmic resistance Rs and polarisation resistance Rp as a result of the operation of the system under load. Based on the electrochemical tests performed for O2│LSCF│20GDC system using conical or porous LSCF cathodes under analogous measurement conditions, an increase in current over time was found in both cases. The results show the potential for using the developed research methodology with ceramic point electrodes as a supplement to the classical porous electrode method. Analysis of phenomena occurring at the O2│cathode│ceramic oxide electrolyte phase boundary is easier than in the case of porous electrodes because of the reduced area of the electrochemical reaction.

4

Właściwości strukturalne, transportowe i elektrochemiczne P2-Na0,7Fe0,5Mn0,5O2 – materiału katodowego dla ogniw Na-ion

Baster D., Kondracki Ł., Kulka A., Molenda J.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 4

320--323

PL

W pracy przedstawiono opis wysokotemperaturowej syntezy nowego materiału katodowego dla ogniw Na-ion batteries o strukturze warstwowej P2-Na0,7Fe0,5Mn0,5O2. Zbadano strukturę krystaliczną oraz wyznaczono charakterystykę temperaturową przewodnictwa elektrycznego otrzymanego materiału. Na bazie uzyskanego tlenku przygotowano ogniwa elektrochemiczne o schemacie Na/Na+/NaxFe0,5Mn0,5O2. Dla tak skonstruowanych ogniw wyznaczono pojemność właściwą materiału katodowego, odwracalność pracy ogniwa oraz stabilność podczas cyklicznego ładowania i rozładowania. Najwyższa uzyskana pojemność rozładowania ogniwa Na/Na+/NaxFe0,5Mn0,5O2 wynosiła 200 mAh/g przy szybkości rozładowania C/20. Monotoniczną zmianę potencjału zarejestrowano w zakresie 2-3 V. W oparciu o wyniki badań materiału katodowego Na0,7Fe0,5Mn0,5O2 metodą in-situ XRD w trakcie procesu ładowania i rozładowania ogniwa Na/Na+/Na0,7Fe0,5Mn0,5O2 stwierdzono, że struktura krystaliczna nie ulega zmianom w trakcie procesu elektrochemicznej deinterkalacji/interkalacji sodu z wyjątkiem odwracalnych zmian parametrów sieciowych.

EN

This work presents a high-temperature method of synthesis of a new cathode material for Na-ion batteries with the layered structure P2-Na0.7Fe0.5Mn0.5O2. The crystal structure and temperature dependence of electrical conductivity of the obtained material were investigated. The synthesized powder was applied as cathode material in Na/Na+/NaxFe0.5Mn0.5O2-type cells. Specific capacity of the cathode material, reversibility and stability during charge-discharge cycles measurements were carried out in order to characterize electrochemical properties of the cells. The highest discharge capacity of the Na/Na+/NaxFe0.5Mn0.5O2 cell was about 200 mAh/g with C/20 current rate. The monotonous voltage changes were recorded in the range of 2-3 V. Results obtained by the in-situ XRD technique during the process of charging and discharging of the Na/Na+/Na0.7Fe0.5Mn0.5O2 type cell provide a conclusion that the crystal structure of cathode material does not change during the electrochemical deintercalation/intercalation process of sodium except of reversible changes of structure parameters.

5

Wpływ podstawienia kobaltu manganem na właściwości fizykochemiczne NaxCo1-yMnyO2

Baster D., Molenda J.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 1

s. 4--8

PL

W pracy przedstawiono opis wysokotemperaturowej syntezy nowego materiału katodowego dla ogniw Na-ion batteries, otrzymanego przez częściowe podstawienie kobaltu manganem w NaxCoO2. Zbadano strukturę krystaliczną oraz wyznaczono charakterystykę temperaturową przewodnictwa elektrycznego Na0,7Co0,7Mn0,3O2. Na bazie uzyskanego materiału przygotowano ogniwa elektrochemiczne o schemacie Na/Na+/NaxCo0,7Mn0,3O2. Dla tak skonstruowanych ogniw wyznaczono charakterystyki woltamperometryczne, pojemność właściwą materiału katodowego, odwracalność pracy ogniwa oraz stabilność podczas cyklicznego ładowania i rozładowania. Najwyższa uzyskana pojemność rozładowania ogniwa Na/Na+/NaxCo0,7Mn0,3O2 wynosiła 104 mAh•g-1 przy szybkości rozładowania C/35. Monotoniczną zmianę potencjału zarejestrowano w zakresie 2,5-3,4 V. Materiał katodowy Na0,7Co0,7Mn0,3O2 jest stabilny w kontakcie z elektrolitem (1M roztwór NaClO4 w węglanie propylenu) w zakresie temperatury od -30 °C do 150 °C.

EN

This work presents a high-temperature method of synthesis of a new cathode material for Na-ion batteries. The material was obtained by substitution of cobalt with manganese in NaxCoO2. The crystal structure and temperature dependence of electrical conductivity of Na0.7Co0.7Mn0.3O2 were investigated. The obtained powder was applied as cathode materials in Na/Na+/NaxCo0.7Mn0.3O2-type cells. Cyclic voltammetry, specific capacity of a cathode material, reversibility and stability during charge-discharge cycles measurements were carried out to characterize electrochemical properties of the cells. The highest discharge capacity of Na/Na+/NaxCo0.7Mn0.3O2 cell was about 104 mAh•g-1 with C/35 current rate. The monotonous voltage changes were recorded in the range of 2.5-3.4 V. The Na0.7Co0.7Mn0.3O2-cathode material showed stability being in contact with electrolyte (1M solution of NaClO4 in carbon propylene) in the temperature range from -30 °C to 150 °C.

6

Synthesis Of Fe Doped LiMn2O4 Cathode Materials For Li Battery By Solid State Reaction

Horata N., Hashizume T., Saiki A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

949--951

EN

LiFe0.1Mn1.9O4 is expected as a cathode material for the rechargeable lithium-ion batteries. LiMn2O4 has been received attention because this has advantages such as low cost and low toxicity compared with other cathode materials of LiCoO2 and LiNiO2. However, LiMn2O4 has some problems such as small capacity and no long life. LiMn2O4 is phase transformation at around human life temperature. One of the methods to overcome this problem is to stabilize the spinel structure by substituting Mn site ion in LiMn2O4 with transition metals (Al, Mg, Ti, Ni, Fe, etc.). LiFe0.1Mn1.9O4 spinel was synthesized from Li2CO3, Fe2O3 and MnO22 powder. The purpose of this study is to report the optimal condition of Fe doped LiFe0.1Mn1.9O4. Li2CO3, Fe2O3, and MnO2 mixture powder was heated up to 1173 K by TG-DTA. Li2CO3 was thermal decomposed, and CO2 gas evolved, and formed Li2O at about 800 K. LiFe0.1Mn1.9O4 was synthesized from a consecutive reaction Li2O, Fe2O3 and MnO2 at 723 ~ 1023 K. Active energy is calculated to 178 kJmol−1 at 723 ~ 1023 K. The X-ray powder diffraction pattern of the LiFe0.1Mn1.9O4 heated mixture powder at 1023 K for 32 h in air flow was observed.

PL

LiFe0.1Mn1.9O4 jest obiecującym materiałem katodowym do zastosowania w bateriach litowo-jonowych z możliwością wielokrotnego ładowania. LiMn2O4 cieszy się dużym zainteresowaniem z powodu niskiego kosztu otrzymywania oraz niskiej toksyczności w porównaniu z innymi materiałami katodowymi typu LiCoO2 and LiNiO2 czy LiNiO2. Jednak LiMn2O4 posiada również wady: niską pojemność i krótką żywotność. Dodatkowo, przemiana fazowa LiMn2O4 zachodzi w temperaturze pokojowej. Jedną z metod rozwiązania tego problemu jest stabilizacja struktury spinelu poprzez podstawienie jonu Mn w sieci LiMn2O4 metalami przejściowymi (Al, Mg, Ti, Ni, Fe, itp.). Spinel LiFe0.1Mn1.9O4 syntezowano z proszków Li2CO3, Fe2O3 i MnO22. Celem badań było znalezienie optymalnych warunków syntezy spinelu LiFe0.1Mn1.9O4 domieszkowanego Fe. Mieszaninę proszków Li2CO3, Fe2O3 i MnO2 poddano analizie TG-DTA. W temperaturze 800 K Li2CO3 uległ rozkładowi termicznemu, w wyniku czego powstało CO2 i Li2O. LiFe0.1Mn1.9O4 zsyntezowano w wyniku reakcji następczej pomiędzy Li2O, Fe2O3 i MnO2 w temperaturze 723 ~ 1023 K. Energię aktywacji oszacowano na 178 kJmol−1 w zakresie temperatur 723 ~ 1023 K. Przeprowadzono także analizę XRD proszku LiFe0.1Mn1.9O4 wygrzewanego w 1023 K przez 32 godz. w warunkach przepływu powietrza.

7

Akumulatory litowe jako współczesne systemy magazynowania energii

Bakierska M., Chojnacka A.

Wiadomości Chemiczne

|

2014

|

[Z] 68, 9-10

856--871

EN

Due to the need for comprehensive management of energy resources, the storage of energy becomes an increasingly important issue. From the analysis of the advantages and drawbacks of all methods of energy storage, reversible electrochemical cells seem to be the most effective. Among them, rechargeable lithium batteries are characterized by high energy density (Fig. 1), high voltage and good cyclic stability [7]. Thus, they have been a dominant technology of energy storage systems for over a decade. It is expected that market demand for Li-Ion cells in the coming years will grow at a rapid rate, as a result of their widespread use inter alia in portable electronic devices such as mobile phones, smartphones, tablet PCs and laptops (Fig. 2) [9]. This article presents the characteristics of lithium batteries. The most commonly used cathode material in Li-Ion battery is layered cobalt oxide (130 mAh/g). However, it is expensive and toxic material, thus manganese-based compounds (LiMnO2, LiMn2O4), polyanionic olivine structured materials (LiFePO4) and silicates Li2MSiO4 (M = Mn, Co, Fe) gain an increasing interest. Due to the presence of two lithium ions in the structure of silicates, these materials have a high theoretical capacity, reaching about 300 mAh/g (Tab. 2) [1, 7–9, 11, 12]. Commercially used anode material is graphite (372 mAh/g). Nevertheless, scientists are still looking for new anode materials with a higher gravimetric capacity. Researches are primarily focused on modifications of the graphite or the use of lithium alloys with other elements (Sn, Al, Si) (Tab. 3) [1, 9, 12, 14, 15]. In the Lithium-Ion cells only non-aqueous solutions are used in the character of electrolytes. As a best material, the inorganic electrolyte lithium salts (such as LiBr, LiAsF6, LiPF6, LiBF4, etc.) soluble in organic solvents are used [1, 2, 7, 8]. However, the study on alternative solutions (polymer electrolytes) is very important. Continuous technological progress makes the research on improving the reversible electrochemical cells necessary to fulfill the expectations of users in order to improve the quality of their lives.

8

Opracowanie procedury otrzymywania kompozytów LiFePO4-C o wysokiej aktywności elektrochemicznej w ogniwach typu Li-ion

Baster D., Zając W., Molenda J.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 1

76--80

PL

W pracy przedstawiono opis syntezy nanometrycznego LiFePO4 oraz przygotowania na jego bazie kompozytu z dodatkiem węgla do zastosowania jako materiał katodowy w ogniwach Li-ion. Badano trzy metody wprowadzania dodatku węglowego: rozcieranie w moździerzu, mielenie w młynie oraz pirolizę żywicy nowolakowej. Na bazie otrzymanych kompozytów przygotowano ogniwa elektrochemiczne typu Li|Li+|LixFePO4. Dla tak skonstruowanych ogniw wyznaczono charakterystyki woltamperometryczne, pojemność właściwą materiału katodowego, odwracalność pracy ogniwa oraz stabilność podczas cyklicznego ładowania i rozładowania. W przypadku zastosowania materiału uzyskanego przez rozcieranie w moździerzu uzyskano ogniwa o napięciu ładowania i rozładowania odpowiednio 3,46 V i 3,50 V, pojemności rozładowania 166 mAh•g-1, odwracalności około 98% i stabilnej pracy w ciągu pierwszych dziesięciu cykli ładowania-rozładowania.

EN

This work presents procedures of the nano-sized LiFePO4 synthesis and preparation of LiFePO4-based composite cathode material with carbon addition for Li-ion batteries. Three methods of preparing the LiFePO4-C composite materials were investigated: grinding in an agate mortar, mechanical milling and pyrolysis of novolac resin. The obtained powders were applied as cathode materials in Li|Li+|LixFePO4-type cells. Cyclic voltammetry, specific capacity of the cathode material, reversibility and stability during charge-discharge cycles measurements were carried out to characterize electrochemical properties of the cells. The LiFePO4-C cathode material prepared by grinding in the mortar showed stable voltage of 3.46–3.50 V during charge and discharge cycling. The discharge capacity was about 166 mAh•g-1 with reversibility around 98% and high stability of capacity within the first ten cycles.

9

Chemiczna modyfikacja powierzchni LiFePO4 dla uzyskania materiału katodowego dla ogniw litowych o wysokiej pojemności

Baster D., Zając W., Molenda J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2012

|

R. 109, z. 9-M

23--31

PL

W artykule przedstawiono opis syntezy nanometrycznego LiFePO4 oraz metodę chemicznej modyfikacji powierzchni w celu uzyskania materiału katodowego dla ogniw typu Li-ion o wysokiej pojemności. Modyfikacja powierzchni polegała na poddaniu wyjściowego materiału działaniu atmosfery redukcyjnej (mieszanina Ar-H2) w temperaturze 300°C. Przygotowane materiały katodowe użyto do konstrukcji ogniw o schemacie Li/Li+/LixFePO4. Najlepsze uzyskane ogniwa charakteryzowały się pojemnością rozładowania 158 mAh·g-1 w ciągu 10 pierwszych cykli pracy przy odwracalności wynoszącej 0,99.

EN

In this work, we presented a procedure of synthesis of the nano-sized LiFePO4 and method of chemical surface modification in order to obtain cathode material for Li-ion batteries with high discharge capacity. The surface modification of LiFePO4 were performed by annealing in reducing atmosphere (Ar-H2 mixture) at 300°C. The LiFePO4 powders were used as cathode material in Li+/LixFePO4 cells. They exhibited high discharge capacity around 158 mAh·g-1 in first 10 cycles and excellent cyclic ability around 0.99.

10

Synteza i właściwości LiFePO4 – materiału katodowego dla ogniw typu Li-ion – otrzymanego metodą niskotemperaturową

Zając W., Rusinek D., Molenda J.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

261-265

PL

W pracy przedstawiono opis syntezy LiFePO4 polegającej na wytrącaniu osadu z roztworu zawierającego LiOH, FeSO4 i H3PO4. Jednofazowy materiał składający się z płytkowych krystalitów o rozmiarach 50 x 500 x 500 nm otrzymano po wysuszeniu uzyskanego osadu w 50°C. Wygrzewanie wyprasek przygotowanych z otrzymanego materiału w temperaturach od 300 do 800°C w atmosferze ochronnej powodowało poprawę krystaliczności materiału, znaczny rozrost krystalitów powyżej 600°C oraz spiekanie powyżej 700°C. Wypraska wygrzewana w 800°C osiągnęła gęstość bliską gęstości teoretycznej. Analiza spieków LiFePO4 metodą dyfrakcji rentgenowskiej wykazała, że podczas wygrzewania powyżej 400°C następuje stopniowy wzrost objętości komórki elementarnej, co prawdopodobnie można powiązać z parowaniem litu połączonym z utworzeniem wakancji kationowych i dziur elektronowych. Analiza przewodnictwa elektrycznego uzyskanych spieków wskazuje, że materiały wygrzewane w temperaturze 700 i 800°C charakteryzują się blisko dwukrotnie wyższym przewodnictwem (9,6•10-6 Sźcm-1) niż materiały wygrzewane w niższej temperaturze (5,5-6,3•10-6 Sźcm-1). Wykazują one również niższe wartości energii aktywacji (0,61-0,66 eV) w porównaniu z próbkami z niższych temperatur (0,76-0,85 eV). Przeprowadzone badania uzupełniono o testy pracy materiału w ogniwach Li/Li+/LixFePO4. Zgodnie z zarejestrowanymi charakterystykami napięcie pracy ogniwa wynosiło między 3,2 a 3,5 V. Pojemność ogniwa w pierwszym cyklu wyniosła około 60 mAhg-1. Następnie w początkowych cyklach obserwowano nieznaczny wzrost pojemności, a następnie stosunkowo szybki spadek aż do około 12 mAhg-1 w pięćdziesiątym cyklu.

EN

In this work, we describe a procedure of synthesis of the LiFePO4 material based on precipitation from a solution containing LiOH, FeSO4 and H3PO4. Single-phased material composed of lamellar crystallites of 50x50x500 nm in size was obtained after drying the precipitated deposit at 50°C. Annealing pellets at temperatures in the range from 300 to 800°C under inert atmosphere led to improvement of crystallinity, intense grain growth (above 600°C), and sintering (above 700°C). For the pellet annealed at 800°C, a density close to theoretical one was achieved. X-ray diffraction revealed that during annealing above 400°C the volume of unit cell gradually increased. Probably this can be connected with evaporation of lithium, which can be associated with the creation of cation vacancies and electron holes. Electrical conductivity measurements showed that LiFePO4 annealed at 700 and 800°C possesses nearly twice as high conductivity (9.6 Sźcm-1) as LiFePO4 annealed at lower temperatures (5.5-6.3 Sźcm-1). At the same time, the materials from higher temperatures were characterised by lower activation energy of electrical conductivity (0.61-0.66 eV) in comparison with the samples from lower temperatures (0.76-0.85 eV). The conducted research was complemented with the charge/discharge tests performed on a Li/Li+/LixFePO4 cell. According to the measured data, the discharge cell voltage was between 3.2 and 3.5 V. The first discharge capacity was about 60 mAhg-1. In the several following cycles, the capacity slightly increased and then gradually decreased to 12 mAhg-1 in the 50th cycle.

11

Oxygen Nonstoichiometry and Transport Properties of Selected La1-xSrxCo1-y-zFeyNizO3-delta Perovskites

Świerczek K.

Polish Journal of Chemistry

|

2009

|

Vol. 83, nr 8

1437-1442

EN

Crystal structure, high temperature oxygen nonstoichiometry and transport properties of two members of La1-xSrxCo1-y-zFeyNizO3-delta group of perovskite type oxides are presented. La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.6Ni0.2O3-delta and La0.9Sr0.1Co1/3Fe1/3Ni1/3O3-delta compositions po sess high electrical conductivity at high temperatures in air. How ever, the observed characteristics of the electrical conductivity as a function of the oxygen partial pressure for these materials are significantly different. A discussion of the observed effects is provided, which shows strong correlation between chemical composition, crystal structure, oxygen nonstoichiometry and the observed transport properties. An interesting phenomenon related to an irreversible oxygenation of the quenched La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.6Ni0.2O3-delta samples was observed. This reaction takes place at 200–300 graduate C range which is well below a typical nonstoichiometry related reactions. A possible explanation of this effect is discussed.

12

Evaluation of La0.5Sr0.5Co0.5Fe0.25Mn0.25O3-delta Perovskite-Type Oxide as the Cathode Material for Solid Oxide Fuel Cells

Molenda J., Krupiński J., Zając W., Świerczek K.

Polish Journal of Chemistry

|

2009

|

Vol. 83, nr 8

1497-1506

EN

An evaluation of La0.5Sr0.5Co0.5Fe0.25Mn0.25O3–delta perovskite type oxide as the cathode material for Solid Ox ide Fuel Cells (SOFC) is presented. La0.5Sr0.5Co0.5Fe0.25Mn0.25O3-delta was prepared using high temperature solid state reaction. We show results of structural, thermogravimetric, low temperature and high temperature transport properties, together with high temperature chemical reactivity studies in relation to zirconia and ceria based solid electrolytes. Additionally, we present results of testing of electrochemical properties of SOFC cell based on ceria type electrolyte and La0.5Sr0.5Co0.5Fe0.25Mn0.25O3-delta cathode material.

13

The thermal stability, local structure and electrical properties of lithium-iron phosphate glasses

Jóźwiak P., Garbarczyk J. E., Wasiucionek M., Gorzkowska I., Gendron F., Mauger A., Julien C.

Materials Science Poland

|

2009

|

Vol. 27, No. 1

307--318

EN

Amorphous analogues of lithium-iron phosphates (LFP), which are promising cathode materials for Li ion batteries, were prepared by the standard press-quenching method and their thermal stability, as well as structural and electrical properties, were studied for the first time. The glass transition temperature, Tg, determined by the differential thermal analysis (DTA) is composition-dependent and lies in the 492-523 °C range. The local structure, studied by the FTIR absorption spectroscopy, and the thermal stability are found to be almost insensitive to the lithium content. Studies on the electrical properties, carried out by impedance spectroscopy, have shown that the total electrical (predominantly polaronic) conductivity at 450 °C approaches 10-2 Socm-1. The room temperature conductivity of samples after their nanocrystallization (induced by annealing at the temperature of the beginning of crystallization) was higher by a factor of 4-10 (depending on composition) than that of the as-received glass. Therefore, nanocrystallization seems to be a promising way to enhance the electrical conductivity of amorphous lithium-iron phosphates.

14

Tworzywa katodowe do procesów redukcji elektrochemicznej

Nawrat G., Gonet M., Gatnar K.

Przemysł Chemiczny

|

2006

|

T. 85, nr 8-9

854-857

PL

Przedstawiono wyniki badań procesu osadzania powłok stopowych nikiel-ren i kobalt-ren i kompozytowych nikiel-proszek renu i kobaltproszek renu na podłożu niklowym oraz wyniki badań właściwości fizykochemicznych otrzymanych elektrod. Najniższymi wartościami nadpotencjału wydzielania wodoru (poniżej 0,2 V, przy gęstości prądu elektrolizy 100 A/m2) charakteryzują się elektrody z powłokami kompozytowymi Co+Reproszek nałożonymi przy gęstości prądu 1 A/dm2 oraz z powłokami stopowymi CoRe nałożonymi przy gęstości prądu 0,5 A/dm2.

EN

Ni–10%Re and Co–10%Re alloy coatings and Ni–powd. Re and Co-powd. Re composite coatings were deposited on 3 × 50-mm Ni eletrodes. The electrodes coated with a Co + 2% powd. Re composite and with a Co–10%Re alloy at 1 and 0.5 A/dm2, resp., showed the lowest H overpotential, <0.2 V at an electrolysis c.d. of 100 A/dm2. The alloy-coated electrodes were more resistant to corrosion (in M NaOH at 25°C) and had a high electrocatalytical activity.

15

Structural and transport properties of LiFe0.45Mn0.55PO4 as a cathode material in Li-ion batteries

Ojczyk W., Marzec J., Dygas J., Krok F., Liu R.S., Molenda J.

Materials Science Poland

|

2006

|

Vol. 24, No. 1

103--113

EN

The paper presents investigations on structural, electrical and electrochemical properties of phosphoolivine, LiFe0.45Mn0.55PO4, synthesized at high temperatures. Moessbauer spectroscopy measurements confirmed the occurrence of iron(II), and X-ray absorption near edge structure (XANES) measurements evidenced manganese(II) and iron(II). Impedance spectroscopy enabled the separation of electrical conductivity into electronic and ionic components. The substitution of manganese for iron led to a noticeable increase in the electronic component of conductivity and only to a slight increase in the ionic component, compared to pure LiFePO4. Also, the chemical diffusion coefficient of lithium measured by GITT turned out larger in LixFe0.45Mn0.55PO4. It has been stated that the increased electronic conductivity in manganese-doped phospho-olivine activates the diffusional mechanism of lithium deintercalation.

16

Lithium-ion batteries - state of art. Novel phospho-olivine cathode materials

Molenda J.

Materials Science Poland

|

2006

|

Vol. 24, No. 1

61--67

EN

This work is a brief review of physicochemical properties of modern cathode materials for Li-ion batteries. These intercalated transition metal compounds of layered, spinel or olivine-type structure exhibit a correlation between their microscopic electronic properties and the efficiency and mechanism of lithium intercalation. The recently reported metallic-type conductivity of doped phospho-olivine LiFePO4, being a novel promising cathode material, is discussed in more detail, and some fundamental arguments are presented against the bulk nature of the observed high electronic conductivi

17

La1-xSrxCo1-y-zFeyNizO3 perovskites - possible new cathode materials for intermediate-temperature solid-oxide fuel cells

Świerczek K., Marzec J., Molenda J.

Materials Science Poland

|

2006

|

Vol. 24, No. 1

115--122

EN

La1-xSrxCo1-y-zFeyNizO3 perovskites have been synthesized with hexagonal R-3c structures by a modified citric acid method and determined their structural and transport properties. Structural instabilities for samples with high Ni and Sr content heated to 1270 K were observed, leading to the appearance of secondary phases with spinel structures. Moessbauer studies revealed the presence of two different, clearly distinguishable surroundings of Fe ions, despite single crystallographic positions of iron ions. Low-temperature (77-300 K) dc conductivity and thermoelectric power measurements suggest an activated charge transport mechanism with the activation energy strongly dependent on the chemical composition of the material. Electrical conductivity as a function of temperature suggests the appearance of a hopping mechanism. The observed hightemperature (870-1070 K) dc electrical conductivity of La1-xSrxCo1-y-zFeyNizO3 samples is relatively high and strongly depends on chemical composition. It seems possible to optimise the transport properties of La1-xSrxCo1-y-zFeyNizO3 by chemical composition, which may lead to a new, attractive cathode material in terms of possible applications in intermediate -temperature solid-oxide fuel cells (IT-SOFCs).