СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ СУПЕРІОННОЇ КЕРАМІКИ НА ОСНОВІ МІКРОКРИСТАЛІЧНОГО ПОРОШКУ ТВЕРДОГО РОЗЧИНУ СКЛАДУ Ag_6,75P_0,25Ge_0,75S₅I ЯК МАТЕРІАЛУ ДЛЯ ТВЕРДОЕЛЕКТРОЛІТИЧНОГО ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

Спосіб одержання суперіонної кераміки на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5I як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії, який включає ступінчасте нагрівання вакуумованих кварцових ампул, з попередньо синтезованих тетрарних галогенхалькогенідів Ag6PS5I та Ag7GeS5l, взятих у стехіометричному співвідношенні, зі швидкістю від 100 K/год до температури 1273 K та витримкою при цій температурі протягом 72 год для гомогенізації розплаву одержаної шихти, який відрізняється тим, що розмелюють в агатовій ступці твердий розчин складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5I до порошку з розміром частинок 10-20 мкм, здійснюють надалі пресування при тиску 400 МПа й одержують диски діаметром 10 мм та товщиною 2-4 мм, які поміщають у вакуумовані кварцові ампули і нагрівають зі швидкістю 20 K/год до температури 923 K і витримують при цій температурі упродовж 36 год, піcля чого охолоджують до кімнатної температури і наносять на торцеві поверхні дисків електричні контакти.

Винахід належить до галузі матеріалознавства, до таких областей приладобудування як космічна техніка, інтегральна мікроелектроніка, біомедична електроніка, зокрема до пристроїв для виробництва електричної енергії і може знайти застосування в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. Сучасні твердоелектролітичні батареї характеризуються питомою густиною енергії порядку 200-300 ВтСгод/кг, яка майже у 8 разів більша, ніж у свинцевих батарей. На сьогодні їх виробляють такі відомі фірми як Wilson Greatbatch Ltd, Catalyst Research Corp., Union-Carbide і т.д. [1]. Найбільш близьким аналогом винаходу є спосіб вирощування твердого розчину Ag6,5P0,5Ge0,5S5I методом спрямованої кристалізації з розплаву-розчину [2]. Недоліком одержаного, в процесі реалізації способу, кристалічного матеріалу, попри високе значення електричної провідності є недостатня технологічність та економність одержання. Задача винаходу полягає в одержанні нового суперіонного матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії, який при такому як у найближчого аналога високому значенні електричної провідності, володів би більшою технологічністю та економністю одержання. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропоновано спосіб одержання суперіонної кераміки на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії, який включає ступінчасте нагрівання вакуумованих кварцових ампул, з попередньо синтезованих тетрарних галогенхалькогенідів Ag6PS5I та Ag7GeS5I, взятих у стехіометричному співвідношенні, зі швидкістю від 100 K/год до 1273 K та витримкою при цій температурі протягом 72 год для гомогенізації розплаву одержаної шихти, за яким згідно з винаходом, розмелюють в агатовій ступці твердий розчин складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І до порошку з розміром частинок 10-20 мкм, здійснюють надалі пресування при тиску 400 МПа й одержують диски діаметром 10 мм та товщиною 2-4 мм, які поміщають у вакуумовані кварцові ампули і нагрівають зі швидкістю 20 K/год до температури 923 K і витримують при цій температурі упродовж 36 год, після чого охолоджують до кімнатної температури і наносять на торцеві поверхні дисків електричні контакти. Спосіб здійснюють наступним чином: Синтез твердого розчину Ag6,75P0,25Ge0,75S5І для одержання мікрокристалічних порошків здійснювали з попередньо синтезованих тетрарних галогенхалькогенідів Ag6PS5I та Ag7GeS5l взятих у стехіометричному співвідношенні. Для одержання 10 г твердого розчину Ag6,75P0,25Ge0,75S5І брали 2,3232 г Ag6PS5I і 7,6768 Ag7GeS5I і завантажували у кварцову ампулу. Ампулу відкачували до залишкового тиску 0,13 Па і проводили синтез. Режим синтезу включав у себе нагрівання зі швидкістю 100 K/год до температури 1273 K та витримку при цій температурі протягом 72 год. Охолодження здійснювали в режимі виключеної печі. Потім шляхом розмелювання в агатовій ступці отримували мікрокристалічний порошок твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І із середнім розміром частинок 10-20 мкм. На його основі шляхом пресування при 400 МПа були одержані диски діаметром 10 мм та товщиною 2-4 мм, які поміщалися у вакуумовані ампули з кварцового скла. Ампули нагрівалися зі швидкістю 20 K/год до температури 923 K і витримувалися при цій температурі протягом 36 год. Потім ампули охолоджувалися до кімнатної температури, а на торцеві поверхні дисків наносили електричні контакти. Таким чином отримана суперіонна кераміка на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І з нанесеними електричними контактами, яка| є матеріалом з якого виготовляють основні елементи, для твердоелектролітичного джерела енергії. Застосування суперіонної кераміки на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину Ag6,75P0,25Ge0,75S5І у пристроях для виробництва електричної енергії дозволяє покращити характеристики твердоелектролітичного джерела енергії, оскільки забезпечується їх висока технологічність та економність одержання. На кресленні наведено частотну залежність електричної провідності суперіонної кераміки на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І. Вимірювання електричної провідності проводилися в інтервалі частот від 10 Гц до 2 МГц за допомогою прецизійних вимірювачів імпедансу LCR-метра AT 2818 та Keysight Ε4980Α. При температурі Т=298 K та на частоті 1,0×105 Гц (креслення) величина електричної провідності суперіонної кераміки на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І складає 0.047 См/см. Таким чином, суперіонна кераміка на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І має достатньо високу електричну провідність, порівнянну з електричною провідністю кращих срібловмісних твердих електролітів. Перевага над найближчим аналогом полягає у тому, що при наявності високої електричної провідності суперіонна кераміка на основі мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,5P0,5Ge0,5S5I характеризується більшою технологічністю та економністю одержання. Використання мікрокристалічного порошку твердого розчину складу Ag6,75P0,25Ge0,75S5І у ролі матеріалу суперіонної кераміки для твердоелектролітичного джерела енергії дає можливість застосовувати його в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Студеняк І.П., Краньчец М. Ефекти розупорядкування в суперіонних провідниках зі структурою аргіродита. - Ужгород: Говерла, 2007. - 200 с. 2. Спосіб вирощування твердого розчину складу Ag6,5P0,5Ge0,5S5l методом спрямованої кристалізації з розплаву-розчину: патент України № 126185, МПК С30В 9/00, С30В 13/00 (2006.01) / А.І. Погодін, О.П. Кохан, М.Й. Філеп, І.П. Студеняк. № а202101039; Заявлено 02.03.2021; Опубл. 25.08.2022, Бюл. № 34. - 3 с. - Найближчий аналог.