Твердый электролит и способ его получения

1688058 П Н И НИ Союз СоветскихециалистическихРеспублик И ВТОР СКОМ ДЕТЕЛЬСТВУ) Приоритет СССР по делам изобретений(43) Опубликовано 23.09.82, Бюллетень3 (45) Дата опубликования описания 23.09.82(71) Заявители Отделение Ордена Ленина АН СССР и Институт новыхмической физики проблем АН ССС ОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ охо спекается а проницаем ьшение прони ита путем улуч(РО ) може ниже ия явая по- электТВЕРДЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ И Изобретение относится к новым веществам, которые могут быть использованы вкачестве твердых электролитов в электрохимических преобразователях энергии иинформации, 5Известен твердый электролит с натрийкатионной проводимостью пз полпалюмината натрия (бета-глинозем формулыМа 20: тА 1,0), где т=5 - 11 11,Удельное электрическое сопротивление 10полиалюминатного электролита в зависимости от условий синтеза и спекания, а также от вводимых добавокменяется впределах 5 до 30 Ом см.Однако твердый электролит на основе 15полиалюмицата натрия требует очень высоких температур спекания от 1700 до 1800 С,которые трудно реализовать в технологическом процессе в силу особенностей кристаллической структуры, отличающейся сильной ацизотропностью (слоистая структура сдвумерной проводимостью), трудно добиться получения однородной керамики приспекании; при хранении полиалюминатнойкерамики во влажном воздухе или при 25контакте с водой ее свойства (прочность,химическая стойкость, проводимость) ухудшаются. Указанные недостатки затрудняютпрактическое использование твердых электролитов на основе полиалюмицата натрия. з 0 Известен также твердыи электрол аиболее близкий к предлагаемому по ической сущности и достигаемому рез ату, содержащий фосфат натрия, цири кремния 2,Однако этот электролит плвследствие чего его структурдля жидкостей и газов.Цель изобретения - уменцаемости твердого электролщения его спекаемости.Для этого предлагаемый электролит представляет собой двойной фосфат натрия искапдия.Такой электролит получают следующимпутем: фосфаты натрия и скандия смешивают в молярном соотношении 1: 2, цагревают до 1150 - 1200 С, отмывают, спрессовывают и спекают прц 1440 - 1450 С.Комплексное соединение Маз 5 с,обладает хорошей спекаемостью цбыть спечено прц температурах1500 С. Особенностью этого соединенляется пространственная каркасная кристаллическая структура, цсключающявление существенной анпзотропиирическцх свойств, Предлагаемое веществоцегигроскопично и не растворимо в водеОно представляет собой индивидуальное химическое соединение строго фиксированно688058 при температуре ниже 1150 С увеличивается время твердофазного синтеза.П р и м е р 1. Исходными материаламидля синтеза служат ЬСРО 4 (78,5 г) и 5 ХазРО 412 Н,О (120 г), Порошкообразныефосфаты смешивают в агатовой ступке и синтезируют при 1150 С в течение 6 ч.Продукт отмывают водой. Электролит, полученный прессов анием под давлением 10 2 т/смг и последующим спеканием при1450 С имеет удельное сопротивление впеременном токе при 300 С 20,0 О: см.П р и м е р 2. Исходными материаламидля синтеза служат ЬСРО 4 (2,85 г) и 15 Ха 4 Рг 07 (8,15 г). Порошкообразные фосфаты смешивают в агатовой ступке и синтезируют при 1200 С в течение 2 ч. Послеохлаждения продукт отмывают водой. Электролит получают прессованием под давле нием 2,5 т/смг и спекают при 1440 С, Втаблице представлена зависимость удельного сопротивления предлагаемого электролита от температуры. Температура, сС 405 200 225 300 350 450 270 Удельное сопротивление,Омсм 106 24,8 7,9 5,9 56,7 14,2 11,3 го состава, что подтверждается методами рентгенофазового анализа,Для получения указанного вещества предлагается использовать метод твердофазного синтеза смеси порошков фосфатов скандия (ЬСРО 4) и натрия (например ХазР 04 или Ха 4 Рг 07. Молярное соотношение фосфатов натрия и скандия в исходной смеси должно быть 1: 2. Если в процессе синтеза возможны потери натрия, то фосфат натрия следует брать в некотором избытке по отношению к фосфату скандия. После твердофазного синтеза продукт отмывается водой от растворимых примесей (избыточного ИазРО 4, пятиокиси фосфата и т. и.). При выборе температуры твердофазного синтеза целесообразно руководствоваться следующими критериями. Повышение температуры свыше 1200 С приводит к интенсивному испарению ортофосфата и пирофосфата натрия, что затрудняет дозировку исходных продуктов и уменьшает выход двойного фосфата натрия и скандия, а Полученные результаты показывают, что в диапазоне температур от 270 С и выше удельное сопротивление предлагаемого твердого электролита близко к таковому для полиалюмината натрия. В то же время соединение МазЬсг(РО 4)з обладает посравнению с полиалюминатами следующими преимуществами: порошок ХазБсг(РО 4) з может быть спечен при температурах не выше 1450 С, что обеспечивает возможность проведения процесса в электрических печах, работающих без использования защитной атмосферы или вакуума, и значительно упрощает технологию приготовления керамических изделий. Соединение Мазс 1 сг(Р 04)з, как и другие аналогичные двойные фосфаты, обладает объемной каркасной структурой и, следовательно, не проявляет существенной анизотропии электропроводности, что обеспечивает получение однородной керамики. Соединение МазЬсг(РО 4)з нерастворимо в воде и в разбавленных растворах соляной кислоты и негигроскопично. Электрическое сопротивление керамики быстро возрастает при уменьшении температуры, а это означает, что подвижность ионов Ма+ сильно снижается и при комнатных температурах обмен между ионами Ха+ и ионами Н+ или Н,О+ В воде заторможен, что гарантирует ста 25 30 35 40 45 50 бильность электролита в присутствии влаги. Предлагаемый твердый электролит может использоваться в химических источниках тока, работающих при температурах выше 200 С. Формул а изобретения 1. Твердый электролит с натрий-катионной проводимостью, содержащий фосфаты, отл и ч ающийся тем, что, с цельюуменьшения проницаемости путем улучшения спекаемости, в качестве фосфата взятдвойной фосфат натрия и скандия, формулы 11 азЬсг (РО 4) з,2. Способ получения электролита по п, 1, отличающийся тем, что фосфаты натрия и скандия смешивают в молярном соотношении 1: 2, нагревают до 1150 - 1200 С, отмывают, спрессовывают и спекают при 1440 - 1450 С. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе