Oxidation studies on various functional cobalt-oxide materials

Thumbnail Image

Files

master_Räsänen_Samuli_2007.pdf (32.86 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2007

Department

Kemian tekniikan osasto

Major/Subject

Epäorgaaninen kemia

Mcode

Kem-35

Degree programme

Language

en

Pages

vii + 82 s. (+ 3)

Series

Abstract

Kobolttioksidimateriaaleilla, joissa koboltti on korkealla hapetusluvulla, uskotaan olevan tärkeä rooli kestävän energiakehityksen sovelluksissa. Viime vuosikymmeneltä lähtien Li_(x)CoO_2:iin perustuvat ladattavat paristot ovat kehittyneet valtavasti sekä fyysisen koon, kapasiteetin että käyttöiän suhteen. Nykyään myös termosähköiset kobolttioksidimateriaalit ovat intensiivisen kehitystyön kohteena. Koboltin hapetusluvun tarkka säätö on avainasemassa optimoitaessa tämän tyyppisten materiaalien funktionaalisia ominaisuuksia. Yksinkertaisin tapa hapetusluvun säätelemiseksi on yhdisteen happipitoisuuden muuntelu. Toinen tapa on poistaa positiivisia ioneja alkuperäisestä yhdisteestä, esimerkiksi Li+ioneja Li_(x)CoO_2:sta. Työn kirjallisuusosassa esitellään tärkeimmät menetelmät siirtymämetallin hapetusluvun räätälöimiseksi erilaisissa oksidimateriaaleissa. Käytetyt menetelmät vaihtelevat kemiallisista ja sähkökemiallisista tekniikoista erilaisiin korkeissa paineissa suoritettaviin lämpökäsittelyihin. Kirjallisuusosassa käsitellään myös neljän tyypillisen funktionaalisen kobolttioksidimateriaalin kiderakenteita, happistoikiometriaa ja hapetus/pelkistyskemiaa. Brownmilleriitti-rakenteen omaava SrCoO_(2.5)-yhdiste voidaan hapettaa aina SrCoO_3-perovskiitiksi asti sähkökemiallisella hapetuksella. Brownmilleriitin ja perovskiitinvälissä SrCoO_(3_delta)-systeemissä esiintyy lisäksi kaksi metastabiilia rakennetta happistoikiometrioilla delta=0.25 ja delta=0.18. A_(x)CoO_2-yhdisteiden (A= Li, Na) kiderakenne koostuu vuorottelevista CoO_2- ja A+-kerroksista. Rakenteen tarkempi symmetria määräytyy A+ionien määrän mukaan. Litiumin tapauksessa A+ionien määrää voidaan kontrolloida välillä 0<=x<=1 ja natriumin tapauksessa välillä 0.12<=x<=1. YBaCo_(4)O_(7+delta) :n rakenne koostuu kahdenlaisista CoO_4-tetraedrikerroksista. Yhdisteellä on poikkeuksellisen hyvä kyky sitoa ja vapauttaa suuria määriä happea (0<=delta<~1.5). Työn kokeellisessa osassa etsittiin systemaattisesti uusia tapoja hapettaa funktionaalisia kobolttioksidimateriaaleja. Kemiallisen hapetuksen osalta parhaimmat tulokset saavutettiin SrCoO_(3-delta):lle, joka onnistuttiin hapettamaan delta = 0.06 asti käyttäen KMnO_4 :n ja HCI:n kuumaa (80 °C) vesiliuosta hapettimena. Samoja hapettimia kokeiltiin myös YBaCo_(4)O_(7+delta)- ja A_(x)CoO_2- yhdisteiden hapetukseen. Esimerkiksi YBaCo_(4)O_(7+delta) hapettui kemiallisella hapetuksella delta=0.38 asti. Korkeapainehapetuksella (5 GPa) happea saatiin YBaCo_(4)O_(7+delta):n rakenteeseen kuitenkin huomattavasti enemmän (delta = 1.56). LiCoO_2:sta puolestaan poistettiin litiumia onnistuneesti sähkökemiallisella hapetuksella ilmatiiviissä ja vedettömissä olosuhteissa käyttäen litteäkennomenetelmää aina CoO_2-stoikiometriian saakka.

Description

Supervisor

Karppinen, Maarit

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120553901

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK