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Phase equilibria in the intermetallic systems Sb-Sn and Li-Sb-Sn
Julia Polt
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Hans Flandorfer
DOI
10.25365/thesis.33537
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30292.09696.189364-0
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Li-Ionen Batterien sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte wichtige Energiespeichermedien für die Entwicklung von Stromspeichermedien (Smart-Grids) der Zukunft. Allerdings müssen für den Einsatz in Hochenergieapplikationen die Lebensdauer, Energiedichte und Betriebssicherheit solcher Batterien verbessert werden. Intermetallische Legierungen, welche Lithium reversibel aufnehmen können, sind vielversprechende Anodenmaterialien mit erhöhten Ladungsdichten. Einer systematischen Entwicklung von Anodenmaterialien für Li-Ionen Batterien steht zurzeit jedoch noch das teilweise dürftige Wissen über Phasengleichgewichte und thermodynamische Eigenschaften der Phasen in geeigneten intermetallischen Systemen entgegen.
Im Zuge dieser Master Arbeit wurde das binäre System Antimon-Zinn (Sb-Sn), aufgrund bestehender Widersprüche in der Literatur neuerlich untersucht. Mittels verschiedener Analyse Methoden (Röntgen-Kristallstrukturanalyse, Differenz Thermoanalyse und Elektronen-Mikrostrahl Analyse) konnte die Existenz der stöchiometrischen Phase Sb2Sn3 widerlegt werden. Weiters wurde ein Übergang höherer Ordnung, basierend auf einer Verzerrung der bei höheren Temperaturen kubischen Struktur von Sb(1-x)Snx zu der bei tieferen Temperaturen rhomboedrischen Struktur Sb(1-x)Snx vorgeschlagen. Letztendlich wurde aus den im Zuge dieser Arbeit gewonnenen experimentellen Daten, sowie bereits in der Literatur publizierten Daten ein neues Phasendiagramm des Systems Sb-Sn erstellt.
Eine weitere Zielsetzung dieser Master Arbeit war die Durchführung erster Untersuchungen im ternären System Lithium-Antimon-Zinn (Li-Sb-Sn), um Erkenntnisse über die Phasengleichgewichte bei 300°C zu gewinnen. Die Ergebnisse der Röntgenbeugungsanalyse zeigten rasch, dass die Präparation von sich im Gleichgewicht befindlichen Proben sehr schwierig ist. Nichtsdestotrotz konnten erste Schlüsse aus den Resultaten gezogen werden. Diese beinhalten Abschätzungen der Phasengleichgewichte, der Löslichkeit von Lithium in der binären Phase Sb(1 x)Snx, sowie die Existenz einer bisher unbekannten ternären Phase Li(2+x)(Sb,Sn)(3-x). Diese Ergebnisse wurden in einem vorläufigen isothermen Schnitt bei 300°C zusammengefasst.
Abstract
(Englisch)
Li-ion batteries are important energy storage components for smart-grids of the future. To enable the development of a secure, long lasting power supply for high energy applications, the life time, energy density and operation safety of Li-ion batteries need to be improved. Intermetallic alloys which are able to reversibly uptake lithium are considered as promising anode materials which could enhance the energy densities. However, lack of knowledge about phase relations and basic thermodynamic properties of suitable materials systems hinder a systematic development of new Li-ion anodes.
Within the scope of this master thesis the binary system Sb-Sn was newly investigated, due to many discrepancies within literature data. This was done by means of X-ray powder diffraction, difference thermal analysis and electron probe micro-analysis. It was possible to prove that the binary line compound Sb2Sn3 does not exist. Furthermore, a higher order transformation based on the distortion of the cubic structure of Sb(1-x)Snx at higher temperature to the rhombohedral structure of Sb(1 x)Snx at lower temperatures was proposed. At last, a newly assessed phase diagram based on experimental data of this work and previously published phase diagrams was constructed.
Another task was the initial investigation of phase relations in the ternary system Li Sb Sn at 300°C. The XRD-analysis demonstrated that the preparation of equilibrium samples is very difficult. Nevertheless, results of phase relations, the solubility of lithium in the binary phase Sb(1 x)Snx and an up to date unknown ternary compound Li2+x(Sb,Sn)3-x were obtained and summarized in a tentative isothermal section at 300°C.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Li-Ion Battery Intermetallic alloys Phase Equilibria Sb-Sn Li-Sb-Sn
Schlagwörter
(Deutsch)
Li-Ionen Batterie intermetallische Legierungen Phasengleichgewichte Sb-Sn Li-Sb-Sn
Autor*innen
Julia Polt
Haupttitel (Englisch)
Phase equilibria in the intermetallic systems Sb-Sn and Li-Sb-Sn
Paralleltitel (Deutsch)
Phasengleichgewichte in den intermetallischen Systemen Sb-Sn und Li-Sb-Sn
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
106 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Hans Flandorfer
Klassifikation
35 Chemie > 35.90 Festkörperchemie
AC Nummer
AC12139036
Utheses ID
29791
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |