Ti4+掺杂对Na-β'-Al2O3固体电解质电性能的影响

摘要

Na-β"-Al2O3固体电解质材料的Na+电导率直接影响着钠硫电池的性能。以提高Na-β"-Al2O3固体电解质材料Na+电导率为目的,利用传统固相反应法,在Li+掺杂作为稳定剂的基础上,加入0%~1.25%(质量分数)TiO2引入Ti4+,制备Na-β"-Al2O3固体电解质材料。采用X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征,采用交流阻抗法测试了样品的电导率。实验结果表明,Ti4+掺杂可较大幅度提高Na-β"-Al2O3材料的Na+电导率,原因有三:一是Ti4+掺杂进入Na-β"-Al2O3晶格取代了Al3+,掺杂后抑制了β"相向β相的转变,从而提高β"相的相对含量,且无杂相生成;二是Ti4+掺杂可以降低材料的烧结温度,促进晶粒生长,从而提高了材料的体积密度;三是Ti4+掺杂可以降低材料在高温烧结过程中钠组分的挥发,提高材料的钠含量。其中,在TiO2掺杂量为0.75%,烧成温度为1575℃,保温0.5 h条件下,制得的材料性能最佳,电导活化能为0.1606 eV,离子电导率由未掺杂样品的0.023 S·cm-1提升至0.034 S·cm-1。