Upper limit of mobility and concentration of charge carriers in fluoride superionic conductors with fluorite and tysonite structures

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Within the framework of a crystal-physical model, the maximum values of mobility and concentration of charge carriers in fluoride superionic conductors belonging to the structural types of fluorite (CaF2, SrF2, BaF2, PbF2) and tysonite (LaF3) were calculated. It has been shown that the upper limit of ionic conductivity, mobility and charge carrier concentration in the crystalline state of fluoride superionics is 4 ± 1 S/cm, (5 ± 1) × 10–3 cm2/(сВ) и (5 ± 2) × 1021 cm–3 (10 ± 4% of the total fluoride ions), respectively.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. I. Sorokin

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: nsorokin1@yandex.ru
Russian Federation, 119333 Moscow

References

  1. Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 2. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2010. 1000 с.
  2. Preishuber-Pflugl F., Wilkening M. // Dalton Trans. 2016. V. 45. P. 8675. https:/doi.org/10.1039/c6dt00944a
  3. Duvel A., Bendnarcik J., Sepelak V., Heitjans P. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 7117. https:/doi.org/10.1021/ jp410018t
  4. Suluanova E.A., Sobolev B.P. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 3762. https:/doi.org/10.1039/d2ce00280a
  5. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // ФТТ. 2019. Т. 61. № 1. С. 53. https:/doi.org/10.21883/FTT.2019.01.46893.181
  6. Соболев Б.П. // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 5. С. 701. https:/doi.org/10.1134/S0023476119050199
  7. Anji Reddy M., Fichtner M. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 17059. https:/doi.org/10.1039/c1jm13535
  8. Karkera G., Anji Reddy M., Fichtner M. // J. Power Sources. 2021. V. 481. P. 228877. https:/doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228877
  9. Xiao A.W., Galatolo G., Pasta M. // Joule. 2021. V. 5. P. 2823. https:/doi.org/1016/j.joule.2021.09.016
  10. Fergus J.W. // Sensors and Actuators. 1997. V. 42. P. 119.
  11. Sotoudeh M., Baumgart S., Dillenz M. et al. // ChemRxiv. 2023. https:/doi.org/10.26434/chemrxiv-2023-26618
  12. Voronin V.M., Volkov S.V. // J. Phys. Chem. Solids. 2001. V. 62. P. 1349.
  13. Evangelakis G.A., Pontikis V. // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. № 4. P. 3180.
  14. Derrington C.E., Lindher A., O’Keeffe M. // J. Solid State Chem. 1975. V. 15. № 2. P. 171.
  15. Derrington C.E., O’Keeffe M. // Nature Phys. Sci. 1973. V. 246. № 19. P. 44.
  16. O’Keeffe M. // Science. 1973. V. 180. P. 1276.
  17. Baak T. // J. Chem. Phys.1958. V. 29. P. 1195.
  18. Ure R.W. // J. Chem. Phys. 1957. V. 26. P. 1363.
  19. Sobolev B.P. The rare earth trifluorides. Pt. 1. The temperature chemistry of the rare earth trifluorides. Institute of Crystallography, Moscow and Institut d’Estudis Catalans, Barcelona. 2000. 520 p.
  20. Гарашина Л.С., Соболев Б.П., Александров В.Б., Вишняков Ю.С. // Кристаллография. 1980. Т. 25. № 2. С. 294.
  21. Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 1. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000. 616 с.
  22. Mansmann M. // Z. Kristallgr. 1965. B. 122. S. 375.
  23. Belzner A., Schulz H., Heger G. // Z. Kristallgr. 1994. B. 209. S. 239.
  24. Jacucci G., Rahman A. // J. Chem. Phys. 1978. V. 69. № 9. P. 4117.
  25. Айтьян С.Х., Иванов-Шиц А.К. // ФТТ. 1990. Т. 32. № 5. С. 1360.
  26. O’Keeffe M. // Fast ion transport in solids / Ed. Van Gool W. Amsterdam: North-Holland, 1973. P. 165.
  27. Соболев Б.П., Гарашина Л.С., Федоров П.П. и др. // Кристаллография. 1973. Т. 18. Вып. 4. С. 751.
  28. Воронин В.М., Волков С.В. // Электрохимия. 2004. Т. 40. № 1. С. 54.
  29. Chadwick A.V. // Solid State Ionics. 1983. V. 8. P. 209.
  30. Bollmann W. // Cryst. Res. Technol. 1992. V. 27. № 5. P. 661.
  31. Bollmann W., Uvarov N.F., Hairetdinov E.F. // Cryst. Res. Technol. 1989. V. 24. № 4. P. 421.
  32. Fedorov P.P., Sobolev B.P. // J. Less-Common Metals. 1979. V. 63. P. 31.
  33. Sobolev B.P. The rare earth trifluorides. Pt. 2. Introduction to materials science of multicomponent metal fluoride crystals. Institute of Crystallography, Moscow and Institut d’Estudis Catalans, Barcelona. 2001. 460 p.
  34. Сорокин Н.И., Голубев А.М., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 2. С. 275.
  35. Koto K., Schulz H., Huggins R.A. // Solid State Ionics. 1981. V. 3–4. P. 381.
  36. Shapiro S.M., Reidinger F. // Physics of Superionic Conductors / Ed. Salamon M.B. Berlin: Springer, 1979. P. 45.
  37. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Брайтер М. // ФТТ. 2002. Т. 44. С. 1506.
  38. Сорокин Н.И. // ФТТ. 2022. Т. 64. № 7. С. 847.
  39. Сорокин Н.И. // ФТТ. 2015. Т. 57. С. 1325.
  40. Сорокин Н.И. // ФТТ. 2018. Т. 60. С. 710.
  41. Сорокин Н.И., Бучинская И.И., Соболев Б.П. // Журн. неорган. химии. 1992. Т. 37. № 12. С. 2653.
  42. Федоров П.И., Трновцова В., Мелешина В.А. и др. // Неорган. материалы. 1994. Т. 30. С. 406.
  43. Бучинская И.И., Федоров П.П. // Успехи химии. 2004. Т. 73. № 4. С. 404.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences