Enhanced ionic conductivity in Na3Zr2Si2PO12 NASICON-type solid electrolytes by adding Mg2+-ions

快离子导体 离子电导率 电解质 离子 电导率 离子键合 材料科学 无机化学 化学 物理化学 电极 有机化学
作者
Jiahui Wang,Jingrui Kang,Xu Guo,Shuchen Hu,Yi Tang,Li Jin,Xiaoyong Wei
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:988: 174327-174327 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2024.174327
摘要

The unique NASICON-type 3D structure of Na3Zr2Si2PO12 (NZSP) material offers ideal Na+ conductivity at high temperatures, making it a subject of widespread interest among researchers in fields such as solid state batteries and solid state capacitors. However, the low-symmetry monoclinic phase structure and high grain boundary resistance of NZSP limit its ionic conductivity and application at room temperature. In this work, we optimize Na+ conductivity of NZSP by doping bivalent Mg2+ (~ 2.4 × 10-3 S/cm, when x = 0.25). The analysis reveals that this way increases the content of the R3c phase which has a higher ionic conductivity and reduces grain boundary resistance. Simultaneously, the internal voids of NZSP decrease along with the original square-like grain size. and the more spaces for Na+ transport are provided because the cell volume of NZSP can be effectively enhanced by doping Mg2+. In addition, the doped samples exhibit electronic conductivity 4 to 5 orders of magnitude lower than their ionic conductivity. This investigation provides some references for the mechanism of ionic conductivity regulation and the technical production of NASICON-type ceramic eletrolytes.
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