The temperature dependence investigation of the frequency dispersion of the electrical properties of lithium-iron spinel  doped with La, Y

А.В. Вакалюк; І.М. Гасюк; В.М. Вакалюк

doi:10.15330/pcss.25.1.148-156

Автор(и)

А.В. Вакалюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
І.М. Гасюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
В.М. Вакалюк Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.148-156

Ключові слова:

імпедансна спектроскопія, шпінель, частотна дисперсія електричної провідності, енергія активації, криві Арреніуса, стрибковий механізм провідності

Анотація

Методом імпедансної спектроскопії отримані температурно-частотні залежності електичних характеристик Li₂Fe_2,5-xМе_xO₄(Ме=La;Y, x=0,01;0,03;0,05) шпінелей, синтезованих за технологією «золь-гель» автоспалювання, в інтервалі температур 298-473К. На основі їх аналізу виявлені основні механізми провідності цих матеріалів в досліджуваному інтервалі температур: перескоковий та активаційний, які є конкуруючими. Досліджено вплив на ці механізми провідності легування літій-залізних шпінелей доміщками рідкісноземельних металів. Встановлено, що присутність цих домішок в малих концентраціях у синтезованих зразках значно зменшує їх провідність в основному завдяки руйнуванню перескокового механізму електронної провідності.

Посилання

I.M. Gasyuk, I.M. Budzulyak, S.A. Galiguzova, V.V. Uhorchuk, L.S. Kaikan, Cathode materials of lithium current sources based on Li0,5Fe2,5O4, Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 4(3), 613 (2006).

G.V. Sokolskyi, N.D. Ivanova, S.V. Ivanov, E.I. Boldyrev, Electrochemical doping as a method of directed synthesis of electrode materials for chemical current sources, Bulletin of Kharkiv National University, 12 (648), 61 (2005).

I.M. Gasyuk Complex spinel oxides as promising materials for electrodes of lithium current sources (review), Solid State Physics and Chemistry, 12(2), 277 (2011).

H.M. Widatallah, C. Jonson, F.J. Berry, E.A. Moore, E. Jartych, Synthesis, structural and magnetic characterization of aluminium-substituted Li0.5Fe2.5O4 spinel lithium ferrite, United Nations Educational Scientific and Cultural Organization and International Atonomic Energy Agency. IC., 159 (2002).

E.Wolska, J.Darul, W.Nowicki, P.Piszora, C.Baehtz, M.Knapp, Order-disorder phase transition in the spinel lithium ferrite, HASYLAB Jahresbericht, 317 (2004).

E. Wolska, J. Darul, W. Nowicki, P. Piszora, C. Baehtz, M. Knapp, High temperature X-ray powder diffraction studies on the LiFe5O8-LiAl5O8 spinel solid solutions, HASYLAB Jahresbericht, 357 (2005).

B.K. Ostafychuk, I.M. Gasyuk, B.Ya. Deputat, I.P. Yaremiy, L.S. Kaikan, T.V. Grabko, X-ray structural studies of lithium-iron spinel Li0,5Fe 2,5O4 doped with aluminum ions, Solid State Physics and Chemistry, 9(1), 24 (2008).

B. Ya. Deputat, Temperature dependence of the conductivity of Li2O-Fe2O3-Al2O3 ceramics on the aluminum content, Solid State Physics and Chemistry, 15(1), 186 (2014).

I.M. Gasyuk, A.V. Vakalyuk, V.M. Vakalyuk. Thermal dependency of Li+-ion conductivity in Li2O-Fe2O3-Al2O3 ceramics, Materials Today: Proceedings, 35(4), 567 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.10.103.

A.A. Volkov, G.V. Kozlov, S.P. Lebedyev, A.S. Rakitin, Phenomenological model of dynamic conductivity of superionic conductors, Solid State Physics 32(2), 329 (1990).

M.N. Akhtar, M.A. Khan, Effect of rare earth doping on the structuraland magnetic features of nanocrystalline spinel ferrites prepared via sol gel route, Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2018), https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.03.069.

M. Yousaf, M.N. Akhtar, B. Wang, A. Noor, Preparations, optical, structural,conductive and magnetic evaluations of RE's (Pr, Y, Gd, Ho, Yb) doped spinel nanoferrites, Ceramics International (2019), https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.10.149.

Majid Niaz Akhtar, Muhammad Yousaf , Yuzheng Lu, Muhammad Azhar Khan, Ali Sarosh, Mina Arshad, Misbah Niamat, Muhammad Farhan, Ayyaz Ahmad, Muhammad Umar Khallidoon, Physical, structural, conductive and magneto-optical properties of rare earths (Yb, Gd) doped Ni–Zn spinel nanoferrites for data and energy storage devices, Ceramics International 47, 11878 (2021); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.028.

Yu. M. Poplavko, O. V. Borisov, I. P. Golubeva, Yu. V. Didenko; in general ed. Acad. National Academy of Sciences of Ukraine Yu. I. Yakymenko, Magnetics in electronics ( NTUU "KPI", Kyiv, 2014).

M. Abdullah Dar, Khalid Mujasam Batoo, Vivek Verma, W.A. Siddiqui, R.K. Kotnala, Synthesis and characterization of nano-sized pure and Al-doped lithium ferrite having high value of dielectric constant, J. Alloys and Compounds 493, 553 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.154.

I.M. Gasiuk, D.M. Chervinko, M.I. Gasiuk, L.Ya. Lozynska, Phenomenology of temperature-frequency dispersion of electrical properties of aluminum-substituted lithium-iron spinel, Physics and chemistry of solids, 20(4), 423 (2019); https://doi.org/10.15330/pcss.20.4.423-431.