بررسی سنتز و رفتار چگالشβ‘‘-آلومینا به عنوان الکترولیت باتری‌های سدیم سولفور

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

هاجر احمدی مقدم ¹ (دانشجوی دکتری بخش مهندسی مواد دانشگاه شیراز.)
محمد حسین پایدار ² (استاد، هیئت علمی بخش مهندسی مواد دانشگاه شیراز.)

تاريخ الإرسال : 13 الجمعة , شعبان, 1437 تاريخ التأكيد : 13 الجمعة , شعبان, 1437 تاريخ الإصدار : 11 الثلاثاء , ربيع الأول, 1437

الکلمات المفتاحية: β‘‘- آلومینا, روش زتا, زینترینگ, سنتز, میکروساختار,

ملخص المقالة :

الکترولیت β‘‘-آلومینا به عنوان هادی یون سدیم در باتری­های سدیم سولفور استفاده می­شود. برای دست یابی به هدایت یونی مناسب، بایستی به الکترولیتی با دانسیته بالا و میکروساختار یکنواخت در طی فرآیند ساخت دست یافت. به این منظور، در این پژوهش ضمن سنتز پودر β‘‘-آلومینا، تأثیرپارامترهای موثر بر رفتار چگالش سرامیکβ‘‘-آلومینا مورد بررسی قرار گرفته است. پودر β‘‘-آلومینا با روش زتا سنتز و نمونه­های خام با روش پرس تک محوره شکل داده شد و در دماها و زمان­های گوناگون زینتر گردید. از پراش پرتو اشعه ایکس برای تعیین فازهای تشکیل شده و از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی میکروساختار نمونه­ها به همراه اندازه گیری دانسیته برای بررسی رفتار چگالش استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که میکروساختار سرامیک β‘‘-آلومینابه شدت وابسته به شرایط زینترینگ می­باشد.افزایش زمان زینترینگ، منجر به کاهش دانسیته و غیر یکنواختی در میکروساختار نمونه­ها گردید.شرایط بهینه برای زینترینگ الکترولیت β‘‘-آلومینادمای 1620درجه سانتی گراد به مدت 15 دقیقه برای دست یابی به دانسیته بیش از 99 درصد تئوری، با میکرو ساختار یکنواخت، بدون رشد دانه افراطی و عدم تشکیل میکرو ساختار دوگانه و درصد فاز β‘‘-Al₂O₃ بیش از99 درصد،تعیین شد.

المصادر:

1- J. L. Sudworth and A. R. Tilley, The Sodium Sulphur Battery, p. 33, Chapman and Hall, London, 1985.

2- L. Xiaochuan, X. Guanguang, P .John and Y. Zhenguo, "Advanced Materials for Sodium-Beta Alumina Batteries: Status, Challenges and Perspectives", Power Sources, Vol. 195, pp. 2431-2442, 2010.

3- T. Oshima, M. Kajita and A. Okuno, "Development of Sodium-Sulfur Batteries", Applied Ceramic Technology, Vol. 1, pp. 269-276, 2004.

4- V. Jayaraman,T. Gnanasekaran and G. Periaswami, "Low-temperature synthesis of β-Aluminas by a Sol-Gel technique",Materials Letters, Vol. 30, pp. 157-162,1997.

5- A. Mali and A. Petr, "Synthesis of Sodium -Alumina powder by Sol–Gel Combustion", European Ceramic Society, Vol. 32, pp. 1229-1234, 2012.

6- S. Sartori,A. Martucci,A. Muffato and M. Guglielmi, "Sol-gel synthesis of Na- beta-Al₂O₃ Powders", European Ceramic Society, Vol. 24, pp. 911-914, 2004.

7- T. Mathews, "Solution Combustion Synthesis of Magnesium Compensated Sodium-β-aluminas", Materials Science and Engineering B, Vol. 78, pp. 39-43, 2000.

8- K. Lee,S. Lee,D. Lee and S. Lim, "Phase formation of Na-Beta-Alumina Synthesized by Double Zeta Process," Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 19, pp. 829-837, 2013.

9-ز. شرافت و م. پایدار،"بررسی تاثیر افزودنی اکسید مس بر روند زینترینگ ، ریز ساختار و هدایت پروتونی ترکیبات زیرکونات باریم،"مجله مواد نوین، سال1 شماره 4، ص 85-75، تابستان 1390.

11- A. I. Sitnikov, G. B. Telnova, L. I. Shvorneva, A. Yu. Fedotovand and K. A. Solntsev, Study of the Thermomechanical Properties of a Ceramic Based Sodium Polyaluminate with the Structure of Na- β″- Alumina", Refractories and Industrial Ceramics, Vol. 53, No. 5, January, 2013.

12- A.V. Virkar and S.R. Gordon, "Fracture Properties of Poly Crystalline Lithia – Stabilized βʺ-Alumina", American Ceramic Society, vol. 60, pp.58-61, 1977.    

13- Y. Sheng and P. Nicholson, "Microstructural development of a ZrO₂-Na-β″-Al₂O₃ composite", Materials Science, Vol. 23, pp. 982-986, 1988.

14- M. W. Barsoum, Fundamentals of Ceramics, pp. 334, CRC Press, 2002.