ІОННИЙ ТРАНСПОРТ ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СУПЕРІОННОЇ КЕРАМІКИ Ag7-х(Ge1-хPх)S5I
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2026.1.16-26Ключові слова:
суперіонні кераміки, іонний транспорт, Ag7-х(Ge1-хPх)S₅I, зарядно-розрядні процеси, циклічна вольтамперометрія, хроноамперометрія, наноіндентування, структурне розупорядкування, твердотільні електроліти.Анотація
Досліджено іонно-транспортні та механічні властивості суперіонних керамік Ag7-х(Ge1-хPх)S₅I та гетероструктур Ag|Ag7-х(Ge1-хPх)S₅I|Se. Процеси заряджання-розряджання вивчали методом циклічної потенціостатичної хроноамперометрії, а вольт-амперні характеристики - методом циклічної вольтамперометрії. Встановлено, що залежності I(t) мають виражений релаксаційний характер та добре описуються двоекспоненціальною моделлю, що свідчить про наявність швидких міжфазних і повільних дифузійних процесів. Вольт-амперні характеристики характеризуються нелінійністю, гістерезисом і максимумами струму, зумовленими міжфазною поляризацією, накопиченням просторового заряду та формуванням шару Ag2Se на межі SE|Se. Показано, що циклування приводить до стабілізації міжфазної області та зменшення внеску нерівноважних процесів. Методом наноіндентування встановлено кореляцію між твердістю, модулем пружності та ступенем структурного розупорядкування і рухливістю Ag+-іонів. Зменшення механічної жорсткості корелюэ з підвищенням ефективності іонного транспорту, що свідчить про важливу роль структурної «м’якості» у формуванні суперіонної провідності.
Посилання
Alsaç E.P., Nelson D.L., Yoon S.G., Cavallaro K.A., Wang C., Sandoval S.E., Eze U.D., Jeong W.J., McDowell M. T. Characterizing electrode materials and interfaces in solid-state batteries. Chemical Reviews. 2025, 125(3). 2009–2119. Doi: 10.1021/ Acs.Chemrev.4c00584.
Austin M.S., Galinat S.L., Maughan A.E. Complex dynamics in argyrodite solid-state ion conductors. Chemistry of Materials. 2026, 38(7). 3038–3058. Doi: 10.1021/acs. chemmater.5c02939.
Yamamoto O. Solid state ionics: A Japan perspective. Science and Technology of Advanced Materials. 2017, 18. 504–527. Doi: 10.1080/14686996.2017.1328955.
Wang H., Ozkan C.S., Zhu H., Li X. Advances in solid-state batteries: Materials, interfaces, characterizations, and devices. MRS Bulletin. 2023, 48. 1221–1229. Doi: 10.1557/ s43577-023-00649-7.
Wang L., Li J., Lu G., Li W., Tao Q., Shi C., Jin H., Chen G., Wang S. Fundamentals of electrolytes for solid-state batteries: Challenges and perspectives. Frontiers in Materials. 2020, 7. 111. Doi: 10.3389/fmats.2020.00111.
Fong K.D., Self J., Diederichsen K.M., Wood B. M., McCloskey B.D., Persson K.A. Ion transport and the transference number. ACS Central Science. 2019, 5(7). 1250–1260. Doi: 10.1021/acscentsci. 9b00406.
Nie K., Hong Y., Qiu J., Q. Li, X. Yu, H. Li, Li. Chen. Interfaces between cathode and electrolyte in solid-state batteries: Challenges and perspectives. Frontiers in Chemistry. 2018, 6. 1–19. Doi: 10.3389/fchem.2018.00616.
Studenyak I.P., Pogodin A.I., Filep M.J., Symkanych O.I., Babuka T.Y., Kokhan O.P., Kúš P. Influence of heterovalent cationic substitution on electrical properties of Ag6+х(P1-хGeх)S5I solid solutions. Journal of Alloys and Compounds. 2021, 873. 159784. Doi: 10.1016/ j.jallcom.2021.159784.
Pogodin A.I., Filep M.J., Malakhovska T.O., Vakulchak V.V., Komanicky V., Izai V.Yu., Studenyak Y.I., Zhukova Y.P., Shender I.O., Bilanych V.S., Кokhan O.P., Kúš P. Microstructural, mechanical and electrical properties of superionic Ag6+х(P1-хGeх)S5I ceramic materials. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2022, 171. 111042. Doi: 10.1016/j.jpcs.2022.111042.
Pogodin A.I., Filep M.J., Malakhovska T.O., Vakulchak V.V., Komanicky V., Vorobiov S., Izai V. Yu., Satrapinskyy L., Shender I.O., Bilanych V.S., Кokhan O.P., Kúš P. Recrystallization and heterovalent substitution effects on mechanical and electrical parameters of Ag6+х(P1-хGeх)S5I-based ceramics. Journal of the European Ceramic Society. 2023, 44(6). 4097–4110. Doi: 10.1016/j. jeurceramsoc.2023.12.093.
Pogodin A.I., Filep M.J., Malakhovska T.O., Vakulchak V.V., Komanicky V., Vorobiov S., Izai V. Yu., Satrapinskyy L., Shender I.O., Bilanych V.S., Кokhan O.P., Kúš P. Influence of recrystallization process on ionic conductivity of Ag6.75P0.25Ge0.75S₅I based ceramic materials. Ceramics International. 2023, 49(21). 33764–33772. Doi: 10.1016/j.ceramint.2023.08.068.
Bilanych V.S., Skubenych K.V., Babilya M.I., Pogodin A.I., Studenyak I.P. The effect of isovalent cation substitution on mechanical properties of (CuхAg1-х)7SiS₅I superionic mixed single crystals. Ukrainian Journal of Physics. 2020. 65(5), Р.453–457. Doi: 10.15407/ujpe65.5.453.
Bilanych V.S., Slyvka A.A., Vorobiov S.I., Pogodin A.I., Malakhovska T.O., Mohylyuk I.M., Komanicky V. Charge-discharge processes in solid electrolyte heterostructures Ag7-х(Ge1-хPх)S5I for electrochemical energy devices. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2026, 29(1). 66–79. Doi: 10.15407/ spqeo29.01.066.
Jindal S., Singh S., Saini G. S. S., Tripathi S.K. Optimization of thermoelectric power factor of (013)-oriented Ag2Se films via thermal annealing. Materials Research Bulletin. 2021, 145. 111525. Doi: 10.1016/j. materresbull.2021.111525.
Cao T., Shi X.-L., Hu B., Yang Q., Lyu W.-Y., Sun S., Yin L.-C., Liu Q.-Y., Chen W., Wang X., Liu S., Li M., Liu W.-D., Tesfamichael T., Liu Q., MacLeod J., Chen Z.-G. Advancing Ag2Se thin-film thermoelectrics via selenization-driven anisotropy control. Nature Communications. 2025, 16. 1555. Doi: 10.1038/ s41467-025-56671-7.
Bilanych V.V., Csach K., Flachbart K., Bilanych V.S., Rizak V.M. Investigation of the processes of softening and crystallization of glassy selenium by dynamic mechanical analysis method. Scientific Herald of Uzhhorod University. Series Physics. 2018, 44. 44–51. Doi: 10.24144/2415-8038.2018.44.44-50.
Bilanych V.S., Slyvka A.A., Vorobiov S.I., Pogodin A.I., Malakhovska T.O., Mohylyuk I.M., Komanicky V. Charge-discharge processes in solid electrolyte heterostructures Ag7-х(Ge1-хPх)S5I for electrochemical energy devices. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2026, 29(1). 66–79. Doi: 10.15407/ spqeo29.01.066.
Bard A.J., Faulkner L.R., White H.S. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications (3rd ed.). 2022, John Wiley & Sons.
Zhang Z., Shao Y., Lotsch B., Hu Y.-S., Li H., Janek J., Nazar L.F., Nan C.-W., Maier J., Armand M., Chen L. New horizons for inorganic solid state ion conductors. Energy & Environmental Science. 2018, 11(8). 1945–1976. Doi: 10.1039/C8EE01053F.
Banerjee A., Wang X., Fang C., Wu E.A., Meng Y.S. Interfaces and interphases in all-solid-state batteries with inorganic solid electrolytes. Chemical Reviews. 2020, 120(14). 6878–6933. Doi: 10.1021/acs.chemrev.0c00101.
Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research. 1992, 7(6). 1564–1583. Doi: 10.1557/JMR. 1992.1564.
Kogai V.Y. Reaction-diffusion-induced explosive crystallization in a metal–selenium nanometer film structure. Technical Physics. 2016, 61 (3). 461–463. Doi: 10.1134/S1063784216030117.
Pogodin A.I., Filep M.J., Malakhovska T.O., Vakulchak V.V., Komanicky V., Vorobiov S., Izai V. Yu., Satrapinskyy L., Shender I.O., Bilanych V.S., Кokhan O.P., Kúš P. Recrystallization and heterovalent substitution effects on mechanical and electrical parameters of Ag6+x(P1−xGex)S5I–based ceramics. Journal of the European Ceramic Society. 2024, 44(6). 4097‒4110, Doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.12.093.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 А.А Сливка, В.С. Біланич
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Ліцензування
Стаття та будь-який пов’язаний з нею опублікований матеріал поширюється за ліцензією Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
Умови цієї ліцензії не впливають на права автора чи іншого творчого виконавця захищати цілісність і право власності на свою роботу.
Авторське право на макет журналу та обкладинки повністю належить ДВНЗ "Ужгородський національний університет".
Весь контент публікується добросовісно, і думки, висловлені авторами, є тільки їхніми та не обов’язково відображають точку зору ДВНЗ "Ужгородський національний університет".
Автори надають редакційно-видавничому відділу ДВНЗ "Ужгородський національний університет" ліцензію на публікацію статті та ідентифікують себе як першовидавця.
Авторське право
Авторські права на будь-яку статтю зберігаються за автором(ами).
Публікацію статті мають схвалити всі автори та відповідальні органи інститутів, в яких виконувалося дослідження, якщо такі є.
Автори можуть уповноважити одного зі своїх співавторів діяти від їхнього імені та бути автором-кореспондентом, який відповідає за листування з редакційною командою журналу.
Автори можуть надати будь-якій третій стороні право вільно використовувати статтю за умови зазначення авторів та належного оформлення цитування.
