Ion-Exchange Reaction Of A-Site In A2Ta2O6 Pyrochlore Crystal Structure

Na⁺ or K⁺ ion rechargeable battery is started to garner attention recently in Place of Li+ ion cell. It is important that A+ site ion can move in and out the positive-electrode materials. When K₂Ta₂O₆ powder had a pyrochlore structure was only dipped into NaOH aqueous solution at room temperature, Na₂Ta₂O₆ was obtained. K₂Ta₂O₆ was fabricated from a tantalum sheet by a hydrothermal synthesize with KOH aqueous solution. When Na₂Ta₂O₆ was dipped into KOH aqueous solution, K₂Ta₂O₆ was obtained again. If KTaO₃ had a perovskite structure was dipped, Ion-exchange was not observed by XRD. Because a lattice constant of pyrochlore structure of K-Ta-O system is bigger than perovskite, K⁺ or Na⁺ ion could shinny through and exchange between Ta⁵⁺ and O²⁻ ion site in a pyrochlore structure. K⁺ or Na⁺ ion exchange of A₂Ta₂O₆ pyrochlore had reversibility. Therefore, A₂Ta₂O₆ had a pyrochlore structure can be expected such as Na+ ion rechargeable battery element.

Akumulatory w którym jako nośniki ładunku wykorzystywane są jony Na⁺ lub K⁺ budzą coraz większe zainteresowanie jako alternatywa dla ogniw litowo-jonowych. Należy podkreślić, że kationy w podsieci A+ potrafią się przemieszczać z- i do dodatnio naładowanych materiałów elektrodowych. Gdy proszek K₂Ta₂O₆ posiadający strukturę pirochloru zanurzono w roztworze wodnym NaOH w temperaturze pokojowej, otrzymano Na₂Ta₂O₆. K₂Ta₂O₆ otrzymano poprzez obróbkę arkuszu tantalu metodą hydrotermalną wykorzystując roztwór wodny KOH. Gdy zanurzono Na₂Ta₂O₆ w wodnym roztworze KOH, otrzymano z powrotem K₂Ta₂O₆. Natomiast, gdy zanurzono KTaO₃ o strukturze perowskitu, nie obserwowano wymiany jonowej. Dlatego, że stała sieciowa w strukturze pirochloru układu K-Ta-O jest większa niż w przypadku perowskitu, jony K⁺ lub Na⁺ mogą się poruszać i wymieniać w podsieci Ta⁵⁺ i O²⁻ w pirochlorze. Wymiana jonów K⁺ lub Na⁺ w pirochlorze A₂Ta₂O₆ jest odwracalna. Z tego powodu można się spodziewać, że związek A₂Ta₂O₆ o strukturze pirochloru może znaleźć potencjalne zastosowanie jako element akumulatora pracującego z jonami Na⁺.