Síntesis de zirconato de litio monoclínico (m-Li2ZrO3 ) mediante reacción en estado sólido. Evaluación preliminar como coating en una celda ion-litio

NICOLÁS ORSETTI; GÓMEZ, SOFÍA; JUAN PABLO YASNÓ GAVIRIA; DR. GUSTAVO SUAREZ; ARNALDO VISINTIN; MARTINA GAMBA

Encuentro virtual

Congreso; XXIV Congreso de la sociedad iberoamericana de electroquímica (SIBAE 2020); 2020

El zirconato de litio monoclínico (m-Li2ZrO3) posee alta conducción de iones Li+, destacable estabilidad térmica y mecánica, gran inercia química frente al litio metálico y a los electrolitos no acuosos comúnmente utilizados en las baterías ion-litio (LIBs), y experimenta mínima variación volumétrica durante el ciclado. Estas características le confieren al m-Li2ZrO3 potenciales aplicaciones electroquímicas: como recubrimiento protector de ánodos de grafito y silicio [1], o para suprimir la disolución de materiales catódicos activos a potenciales de carga elevados, como las espinelas LiMn2O4 y LiNi0.5Mn1.5O4 [2], como material catalítico en celdas de combustible de aire-H2 [3], y como material fluorescente para incrementar la eficiencia de celdas fotovoltaicas [4]. El presente trabajo se centra en la obtención y caracterización de m-Li2ZrO3 a través de dos rutas de síntesis por el método cerámico, a partir de Li2CO3 y m-ZrO2, y utilizando un exceso estequiométrico del 5% de Li2CO3. Ambas rutas se iniciaron con la molienda de las materias primas, durante 20 horas, a una velocidad de 60 rpm, utilizando etanol comercial (96% v/v) como medio líquido y bolas de ZrO2 de 5 mm como medio mecánico de molienda. Las mezclas blancas resultantes se secaron en la estufa a 110 °C hasta total sequedad, y se molieron y tamizaron manualmente hasta obtener un polvo homogéneo, pasante malla 100. La ruta de síntesis A continuó con un tratamiento térmico en dos etapas, la primera de 800 °C/3h y la segunda de 1000 °C/3h, junto con una etapa intermedia de homogeneización por molienda y tamizado manual. Por otra parte, en la vía de síntesis B se procedió con una única etapa de calcinación de 1000 °C/12h. En ambos casos, se utilizaron rampas de calentamiento de 5 °C/min. Los productos obtenidos se caracterizaron por DRX-Rietveld y ATD-TG. Además, el producto obtenido por la ruta de síntesis B se utilizó como recubrimiento de un separador comercial en una celda ion-litio como estrategia para evitar la migración de iones Mn2+ desde el cátodo hacia el ánodo durante el ciclado.En ambos productos, el análisis DRX reveló los patrones de difracción del m-Li2ZrO3 puro, aunque la ruta de síntesis B resultó más conveniente porque reduce los tiempos de enfriamiento y de homogeneización intermedia. El m-Li2ZrO3 obtenido por la ruta B se mezcló con fluoruro de polivinilideno (PVDF) como aglutinante (proporción 80:20) en n-metilpirrolidona (NMP). La suspensión se aplicó mediante la técnica Tape Casting sobre un separador de polipropileno comercial Celgard 2500. El separador revestido se testeó en una semicelda usando LiNi0.5Mn1.5O4 como cátodo, y ciclada entre 2,7?5,2 V (vs. Li/Li+). Los resultados obtenidos indicaron la posibilidad de utilizar este material como estrategia de protección del cátodo frente al ciclado.