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Phase equilibria in the intermetallic systems Sb-Sn and Li-Sb-Sn

Polt, Julia (2014) Phase equilibria in the intermetallic systems Sb-Sn and Li-Sb-Sn.
Masterarbeit, Universität Wien. Fakultät für Chemie
BetreuerIn: Flandorfer, Hans

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30292.09696.189364-0
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Abstract in 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 in Englisch

Li-Ion Battery / Intermetallic alloys / Phase Equilibria / Sb-Sn / Li-Sb-Sn

Abstract in 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.

Schlagwörter in Deutsch

Li-Ionen Batterie / intermetallische Legierungen / Phasengleichgewichte / Sb-Sn / Li-Sb-Sn

Dokumentenart: Hochschulschrift (Masterarbeit)
AutorIn: Polt, Julia
Titel: Phase equilibria in the intermetallic systems Sb-Sn and Li-Sb-Sn
Umfangsangabe: 106 S. : Ill., graph. Darst.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Chemie
Publikationsjahr: 2014
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Flandorfer, Hans
BeurteilerIn: Flandorfer, Hans
Klassifikation: 35 Chemie > 35.90 Festkörperchemie
AC-Nummer: AC12139036
Dokumenten-ID: 33537
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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