Control de la conductividad iónica por la distribución de litio en óxidos cúbicos argiroditos Li6+P1-Si5Cl

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• Las estructuras de argirodita son cruciales para los materiales transportadores de iones, particularmente los conductores de iones de litio en estado sólido basados en sulfuro.
• Las argiroditas de óxido siguen siendo en gran parte inexploradas, pero ofrecen potencial para mejorar la conductividad iónica y la estabilidad.
• La distribución de iones de litio dentro de la red argirodita tiene un impacto crítico en la conductividad.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar un nuevo óxido argirodita rico en litio, Li7SiO5Cl.
• Investigar las transiciones estructurales y la ocupación del sitio de litio en el óxido argirodita.
• Para mejorar la conductividad iónica en argiroditas de óxido a través del ajuste de la composición.

Principales métodos:

• Cristalización de Li7SiO5Cl y análisis estructural mediante difracción de rayos X a diferentes temperaturas.
• Síntesis de soluciones sólidas de Li6+xP1-xSixO5Cl para estabilizar las estructuras desordenadas.
• Mediciones de la conductividad iónica en función de la composición y la temperatura.

Principales resultados:

• Se identificó una nueva argirodita cúbica rica en óxido de litio, Li7SiO5Cl, con una estructura ordenada P213 a temperatura ambiente.
• Una transición de fase a una estructura F4̅3m desordenada ocurre a 473 K, similar a las argiroditas de sulfuro superiónico.
• La sustitución de Si4+ por P5+ en Li6+xP1-xSixO5Cl (0.3 < x < 0.85) estabiliza la estructura desordenada F4̅3m a temperatura ambiente, logrando una conductividad iónica máxima de 1.82(1) × 10^-6 S cm^-1 en x = 0.75.

Conclusiones:

• La estructura desordenada F4̅3m, estabilizada por la sustitución de P, mejora significativamente la conductividad iónica en las argiroditas de óxido.
• Las argiroditas de óxido desarrolladas exhiben una estabilidad atmosférica superior y una compatibilidad con el metal de litio en comparación con los sulfuros.
• El control de la composición ofrece una vía para adaptar la conductividad iónica en materiales de argirodita de óxido para aplicaciones avanzadas.