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Insights into the Rich Polymorphism of the Na+ Ion Conductor Na3PS4 from the Perspective of Variable-Temperature Diffraction and Spectroscopy

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  • معلومة اضافية
    • Contributors:
      Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 UPJV (LRCS); Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E); Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP); Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP); Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP); Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E); Aix Marseille Université (AMU)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3); Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP); Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP); Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM); Université de Montpellier (UM)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3); Université de Toulouse (UT)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM); Université de Montpellier (UM); University of Bath Bath; Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA); Laboratoire de Physique de la Matière Condensée - UR UPJV 2081 (LPMC); Université de Picardie Jules Verne (UPJV); National University of Singapore (NUS); Institut Laue-Langevin (ILL); Newcastle University Newcastle; ALBA Synchrotron light source Barcelone; STFC Rutherford Appleton Laboratory (RAL); Science and Technology Facilities Council (STFC); PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX (PHENIX); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Argonne National Laboratory Lemont (ANL); University of Stuttgart; ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010)
    • بيانات النشر:
      CCSD
      American Chemical Society
    • الموضوع:
      2021
    • Collection:
      Aix-Marseille Université: HAL
    • نبذة مختصرة :
      International audience ; Solid electrolytes are crucial for next-generation solid-state batteries, and Na 3 PS 4 is one of the most promising Na + conductors for such applications, despite outstanding questions regarding its structural polymorphs. In this contribution, we present a detailed investigation of the evolution in structure and dynamics of Na 3 PS 4 over a wide temperature range 30 < T < 600°C through combined experimental−computational analysis. Although Bragg diffraction experiments indicate a second-order phase transition from the tetragonal ground state (α, P4̅ 2 1 c) to the cubic polymorph (β, I4̅ 3m) above ∼250°C, pair distribution function analysis in real space and Raman spectroscopy indicate remnants of a tetragonal character in the range 250 < T < 500°C, which we attribute to dynamic local tetragonal distortions. The first-order phase transition to the mesophasic high-temperature polymorph (γ, Fddd) is associated with a sharp volume increase and the onset of liquid-like dynamics for sodium-cations (translational) and thiophosphate-polyanions (rotational) evident by inelastic neutron and Raman spectroscopies, as well as pair-distribution function and molecular dynamics analyses. These results shed light on the rich polymorphism of Na 3 PS 4 and are relevant for a range host of high-performance materials deriving from the Na 3 PS 4 structural archetype.
    • الرقم المعرف:
      10.1021/acs.chemmater.1c01113
    • الدخول الالكتروني :
      https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-03355393
      https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-03355393v1/document
      https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-03355393v1/file/acs.chemmater.1c01113.pdf
      https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c01113
    • Rights:
      info:eu-repo/semantics/OpenAccess
    • الرقم المعرف:
      edsbas.CBB7730C